JPH10220578A

JPH10220578A - ピストン

Info

Publication number: JPH10220578A
Application number: JP3258897A
Authority: JP
Inventors: Teruo Nakada; 輝男中田; Yasuhiro Okubo; 泰宏大久保
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、ピストンの行程に基づいて外環
部材とスカート部との間の隙間のオイルに生じる負圧を
利用して、外部供給機構を要することなくスラップ音を
軽減するためのダンピング用オイルを隙間に供給する。【解決手段】ピストンの圧縮行程時に、ピストン本体
１と外環部材２７に作用する外力の作用により、スカー
ト部３の外周面７と外環部材２７との間の隙間に満たさ
れていたダンピング用オイルに負圧が生じる。シリンダ
ライナ内面に付着していたオイルは、ピストンリング溝
１２に嵌合されていたピストンリングによって掻き取ら
れて、ピストンリング溝１２からスカート部３の外周面
に形成されたオイル導入溝９を通じて隙間に臨むオイル
貯留溝８に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばエンジン
に適用される、クラウン部とスカート部とを一体構成と
したピストンに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダ内でのピストンの作動によって
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ときに該ピ
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間隙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、ピストンとシリンダとの間には隙間が存
在している。したがって、ピストンがシリンダ内を往復
運動する時、ピストンは、上記隙間に相当する距離だけ
ピストン径方向、即ちスラスト方向に移動可能となるた
め、ピストンがシリンダライナ壁面に衝突してスラップ
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、本出願人は、
ピストン本体のスカート部外周に、ピストン本体に対し
て回動可能に且つスラスト方向に相対移動可能となるよ
うに、外環部材を配設すると共に、スカート部と外環部
材との間の形成される隙間にオイルを導入し、導入した
オイルのダンピング作用によって、外環部材がピストン
本体のスカート部に衝突するのを緩和させて低騒音化を
図ったピストンを提案している（特開平８−４２３９１
号公報参照）。

【０００４】図８は、上記特開平８−４２３９１号公報
に開示されたピストンの例を示す分解斜視図である。図
８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４２とボス部５３を備えたスカート部４
３とを一体構造に構成したピストン本体４０、スカート
部４３に嵌合する外環部材４７、ボス部５３と外環部材
４７との間に介在され外環部材４７を回動自在に且つス
ラスト方向に相対移動自在に支持する外環支持部材５
０、ピストン本体４０とコンロッド５１（図８参照）と
を回転自在に連結するピストンピン６２、及びピストン
ピン６２に外環支持部材５０を取り付けるためのサブピ
ストンピン６３を有している。

【０００５】ピストン本体４０のクラウン部４２には複
数のピストンリング溝５２が形成されており、各ピスト
ンリング溝５２にはピストンリング（図示せず）が嵌入
される。スカート部４３は、クラウン部４２の外径より
も小さい外径を有し且つクラウン部４２の下部に一体的
に形成されている。また、ピストン本体４０のスカート
部４３はピストンピン６２を挿通するピストンピン孔４
４が形成されたボス部５３を備えている。ピストン本体
４０には、ピストンピン孔４４からスカート部４３に延
びる油路４６が形成されている。油路４６については、
図８では、スカート部４３の外周面に開口する部分のみ
が図示されており、図９では、簡潔のため、エンジンの
燃焼行程中にピストンがシリンダライナに対して圧接さ
れる側であるスラスト側にのみ示されている。スカート
部４３には油路４６から導入された油圧をスカート部４
３の一面に分布させるための油溝４５が十字状に形成さ
れている。

【０００６】油溝４５及び油路４６は、スカート部４３
のスラスト側と反スラスト側とに形成されているが、図
８にはスラスト側のみ示してある。油溝４５の形成箇所
はピストンリング溝５２よりも下方位置であって且つピ
ストンピン６２の中心軸よりも上方位置に設定されてい
る。外環部材４７はスラスト側及び反スラスト側におい
てスカート部４３に配設されているので、ピストンは、
スラスト側及び反スラスト側にオイルダンピング機構を
備えたピストン（以下、「両側オイルダンピング式ピス
トン」と言う）である。

【０００７】外環部材４７は一対の半円弧面部材４７ｂ
からなり、ピストン本体４０のスカート部４３に嵌合さ
れる。半円弧面部材４７ｂの周方向両側にはそれぞれ円
周方向に延びる腕部５８が形成されている。また、外環
部材４７の熱膨張率を、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とすると、外環部材４７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。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４７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４７をセラミックスで製作することができる。

【０００８】外環支持部材５０はピストン本体４０のス
カート部４３に形成されたボス部５３にピストンピン６
２を両側から挟むように配置され、外環部材４７を支持
するものである。外環支持部材５０はピストンピン６２
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５０は外環部材４７の上下方向移動を規制し且つ外
環部材４７のスラスト方向の相対移動を許容する案内溝
５９を有している。案内溝５９は外環支持部材５０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６
０，６１によって規定されている。案内溝５９の幅は外
環部材４７の腕部５８の幅と略等しく形成されているの
で、腕部５８は案内溝５９に係合可能である。腕部５８
の案内溝５９への係合により、外環部材４７は腕部５８
を介して外環支持部材５０に形成された案内溝５９に摺
動可能に支持される。また、案内溝５９の中央部にはス
カート部４３のピストンピン孔４４に整合するピン孔６
９が形成されている。

【０００９】ピストンピン６２は中心孔６８を有してお
り、該中心孔６８にはサブピストンピン６３の小径部６
４が圧入可能である。また、ピストンピン６２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４８，４９を有しており、各油溝４８，４９は油路５
５，５６を介して中心孔６８に連通している。ピストン
ピン６２をピストン本体４０及びコンロッド５１に取り
付けた状態では、中央部の油溝４８は、図１０に示すよ
うに、コンロッド５１の油路７８と連通し、両端部の油
溝４９は、図９、図１０から分かるように、ピストン本
体４０のピストンピン孔４４からスカート部４３へ向か
って延びる油路４６に連通している。

【００１０】サブピストンピン６３は、図８に示すよう
に、小径部６４と大径部６５とからなるピン部６６と、
大径部６５の端部に形成されたキャップ部６７とから構
成されている。小径部６４はピストンピン６２の中心孔
６８に圧入される。また、大径部６５は外環支持部材５
０のピン孔６９に嵌合される。

【００１１】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４０のピストンピン孔４４
及びコンロッド５１の小径端５１ａの孔にピストンピン
６２を挿入して、ピストン本体４０にピストンピン６２
を固定する。次いで、ピストンピン６２を両側から挟む
ように外環支持部材５０をピストン本体４０のボス部５
３に当接させて、サブピストンピン６３の先端の小径部
６４をピストンピン６２の中心孔６８に圧入する。サブ
ピストンピン６３の大径部６５が外環支持部材５０のピ
ン孔６９に挿入された状態になり、外環支持部材５０は
ピストンピン６２の軸回りに回動可能となる。その後、
ピストン本体４０のスカート部４３に対して、腕部５８
を外環支持部材５０の案内溝５９に挿入して一対の外環
部材４７を嵌合することにより、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４７は腕部５８が外環支持部材５
０の案内溝５９から簡単に外れてしまうが、ピストンを
シリンダ内に収納した状態では、外環部材４７は外環支
持部材５０から外れ落ちることはない。

【００１２】次に、外環部材４７とピストン本体４０の
スカート部４３との関係について説明する。外環部材４
７とスカート部４３との間には、図９に示すように隙間
５４が形成されている。隙間５４には加圧されたオイル
が供給される。外環部材４７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４７はシリンダライナに密着することになる。外環部
材４７の内周面の半径Ｒ₁ は、外環部材４７の板厚をｔ
とするとき、Ｒ₁ ＝Ｂ_r−ｔで表される。これに対し
て、ピストン本体４０は、スカート部４３の半径Ｒ₂ が
外環部材４７の内周面の半径Ｒ₁ よりも大きく（Ｒ₂ ＞
Ｒ₁ ）、且つスカート部４３の半径Ｒ₂ の中心Ｐがピス
トン本体４０の中心Ｐ₀ から外環部材４７が配設される
側とは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４７
とスカート部４３との間隔（クリアランス）の取り方に
ついて、スカート部４３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。

【００１３】この結果、外環部材４７とスカート部４３
との隙間５４の間隔は、外環部材４７の中央部７０と周
辺部７１とでは異なることになる。即ち、中央部７０の
間隔（クリアランス）をＣ₁ 、周辺部７１の間隔（クリ
アランス）をＣ₂ で表すとすれば、中央部７０の間隔Ｃ
₁ は、Ｃ₁ ＝Ｒ₁ −（Ｒ₂ −Ｌ_S）となり、Ｒ₁ 、Ｒ
₂ 、Ｌ_Sを適当に選ぶことにより、Ｃ₁ ＞Ｃ₂ となり、
外環部材４７とスカート部４３との間隔は、中央部７０
から周辺部７１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。

【００１４】次に、ピストンへのオイル供給経路につい
て説明する。ピストンへのオイル供給経路については、
大別して、クランクシャフトからコンロッド，ピストン
ピンを介してスカート部４３まで導いた油路を通じてオ
イルを供給する形態と、ピストン頂部に形成した冷却空
胴（クーリングチャンネル）からピストンスカート部に
導いた油路を通じてオイルを供給する形態とがある。上
記公報に開示されているピストンでは前者のオイル供給
方式を採用しており、以下に簡単に説明する。

【００１５】図１０に示したオイルの供給経路によれ
ば、ピストン本体４０は、コンロッド５１の小径端５１
ａに形成された孔と、スカート部４３のピストンピン孔
４４にピストンピン６２を挿通することによって、コン
ロッド５１の小径端５１ａに回転可能に支持される。ま
た、コンロッドの大径端５１ｂはクランクシャフト７３
のクランクピン７４にコンロッドベアリング７２を介し
て回転可能に支持される。クランクシャフト７３はオイ
ルギャラリー７５を備えたシリンダブロック７６に回転
自在に支持される。ピストンには、オイルギャラリー７
５からシリンダブロック７６及びクランクシャフト７３
を経由してクランクピン７４まで延びる油路７７が形成
されている。コンロッド５１にはクランクピン７４の油
路７７に連通する油路７８が形成され、油路７８に連通
する油溝４８がピストンピン６２の中央部周面に形成さ
れている。ピストンピン６２の中央部周面に形成された
油溝４８は油路７９としての中心孔６８に連通し、油路
７９は更にピストンピン６２の両端部周面に形成された
油溝４９に連通している。また、油溝４９はピストン本
体４０におけるピストンピン孔４４からスカート部４３
へ向かって延びる油路４６に連通している。

【００１６】以上のように構成されたオイルの供給経路
によれば、オイルギャラリー７５から供給された加圧オ
イルは、これらの油路及び油溝を経由して、ピストン本
体４０のスカート部４３に形成された油溝４５へと導か
れ、外環部材４７とスカート部４３との間の隙間５４に
次々に供給されることになる。勿論、この隙間５４は密
閉空間ではないから、オイルは隙間５４から次々に漏出
する。この状態において、外環部材４７はシリンダライ
ナのスラスト側の壁面に向けて所定の圧力で押し付けら
れ、外環部材４７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４
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。

【００１７】このピストンは、以上のような構成を備え
ており、以下のように作動する。ピストンをシリンダボ
ア内に組み込み、前記隙間にオイルを供給すると、外環
部材４７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。ピストンが
往復運動すると、外環部材４７はピストン本体４０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４０はスラスト方向に移動し即ちピスト
ンピン６２の軸回りで揺動し、スラスト側においては、
スカート部４３が外環部材４７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、外環部材４７とス
カート部４３との間の隙間５４に満たされているオイル
はスカート部４３の周辺部７１の隙間Ｃ₂ から押し出さ
れる。ところが、その隙間５４は外環部材４７の中央部
７０（隙間Ｃ₁ ）で大きく且つ周辺部７１（隙間Ｃ₂ ）
で小さく形成されている（Ｃ₁ ＞Ｃ₂ ）ので、周辺部７
１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４０は急に油圧による抵抗を受けて外環部材４７の
方へ接近し難くなる。このようにピストン本体４０がピ
ストンピン６２の軸回りに揺動した時に、ピストン本体
４０はオイルダンピング作用を受けるので、スラスト側
におけるスラップ音の発生が防止される。

【００１８】図１１に示したピストンは、冷却空胴（ク
ーリングチャンネル）のオイルを利用したオイルダンピ
ング機能を備えるピストンである。このピストンのピス
トン本体８０は、ピストンヘッド部であるクラウン部８
２と、クラウン部８２の下部に形成され且つピストンピ
ン孔８４が形成されたボス部（図８に示したボス部５３
と同様の構造であるが、図１１には図示せず）を備えた
スカート部８３とを一体構造に構成したものである。ま
た、このピストンは、外環部材８７をピストンのスラス
ト側にのみ配設した片側オイルダンピング式ピストンで
ある。クラウン部８２には複数のピストンリング溝９２
が形成されており、各ピストンリング溝９２にはピスト
ンリング（図示せず）が嵌入される。スカート部８３に
嵌合する外環部材８７は、図８に示した外環支持部材５
０と同様な構造を有する外環支持部材（図示せず）によ
って、ピストン本体８０に対して回動自在に且つスラス
ト方向に相対移動自在に支持されている。

【００１９】図１１に示したピストンにおいては、スカ
ート部８３と外環部材８７との間に形成される隙間９４
に導入されるオイルは、冷却空胴（クーリングチャンネ
ル）８９内のオイルが利用される。燃焼室内の高温ガス
によって高熱に晒されるクラウン部８２には、冷却用の
オイルが流れる冷却空胴８９が形成されている。ピスト
ン本体８０には冷却空胴８９からスカート部８３に延び
る油路８６が形成されている。油路８６を通じて供給さ
れた冷却空胴８９内のオイルは、スカート部８３の周面
に形成された油溝８５を通って、外環部材８７とスカー
ト部８３との間に形成される隙間９４に導入される。そ
の他の構造は、図８に示したピストンと同様であるの
で、再度の詳細な説明を省略する。

【００２０】冷却空胴８９内には、クランク室に設けら
れたオイルノズルから噴出されるオイルジェットが注入
される。オイルジェットを冷却空胴８９に正確に注入す
るため、上記オイルジェットを冷却空胴８９に向けて噴
き出すタイミングは、ピストンが下死点付近にあってノ
ズルからピストンまでの距離が短くなっている状態に選
定される。冷却オイル供給系統には、リリーフバルブが
設けられており、オイルが所定の油圧を超える状態にな
った状態でオイルを噴出する。したがって、通常のアイ
ドリング運転では、エンジン回転数が低く且つオイルポ
ンプの吐出油圧が低圧であり、その一方で、ピストン温
度が低いので冷却を要するまでもないので、オイルノズ
ルからのオイルの噴射は遮断されている。

【００２１】また、本出願人は、国際出願（ＰＣＴ／Ｊ
Ｐ９６／０１２７８）にも低騒音化を図ったピストンを
開示している。このピストンは、ピストン本体のスカー
ト部と外環部材との間に形成された油膜のダンピング作
用によってシリンダライナに対するピストンの衝撃を抑
えてピストンのスラップ音を低減させるという基本的な
構成において、上記の公報に記載のものと同じである。
このピストンは、また、ピストンピンの外側に取り付け
られた支持部材で支持される二組の外環部材を有し、ス
ラスト側及び反スラスト側においてダンピング作用が得
られる両側オイルダンピング式ピストンである。

【００２２】更に、本出願人は、オイルダンピング機構
を片側だけに採用した構造を有する低騒音のエンジン用
ピストンを提案した（特願平８−２４９０８９号）。オ
イルダンピング機構を片側だけに採用したことによって
オイル使用量が低減される。また、オイルダンピング機
構を片側だけに限ったことによって増加する騒音には、
ピストンの重心位置を特定することによって対処したも
のである。即ち、ピストン本体の重心をピストン本体の
中心線に対してスラスト側にオフセットすることによ
り、上死点に向かって減速中のピストンにおいても、圧
縮圧力が作用し始める圧縮行程の終期においても、ピス
トンに対して常に反スラスト側に押し付ける力が作用し
続け、ピストンが押し付けられる方向がスラスト側から
反スラスト側に変わることがないので、スラップ音が発
生するのを抑制することができる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のピストン
は、いずれも、スラップ音を有効に低減させることがで
きるものであるが、以下に挙げるような、ピストンスカ
ート部へのオイルの供給について、なお改良すべき点が
残されている。即ち、クランク軸からピストンピンまで
の油路を通じてスカート部の外周面へオイルを供給する
構造では、コンロッドからピストンピンまでの一連の部
品に油路を形成する必要がある。また、ピストン頂部に
形成した冷却空胴からピストンスカート部へオイルを供
給する構造では、オイルジェットを必要とすると共に冷
却空胴とスカート部の外周面とを連通させる特別の油路
を形成することが必要になる。即ち、これらの油路やオ
イルジェット機能等の給油手段を備えていないエンジン
にあっては、既存のピストンを低騒音化されたピストン
とするには、上記給油手段を備えたり、油路を形成する
ための機械加工設備を必要とするという問題点が存在し
ていた。

【００２４】ところで、冷却空胴からの外環部材とスカ
ート部との間の隙間へのオイルの供給については、上記
のとおり、ピストンが下死点付近にあってオイルジェッ
トから給油されるときに限られ、その後は、冷却空胴内
のオイルには充分な油圧が確保できないために、上記隙
間へのオイルの供給はないものと考えられている。しか
しながら、実際には、ピストンが下死点以外にあるとき
でも、冷却空胴からピストンスカート部へオイルが供給
されて騒音低減効果を奏していることが確認されてい
る。このことは、ピストンが下死点以外に位置している
状態でも、冷却空胴内の正の油圧による給油メカニズム
以外の別の給油メカニズムが働いて、上記隙間へのオイ
ルの供給が行われていることを示している。

【００２５】上記、別の給油メカニズムの現象を効率良
く利用することができれば、給油源が冷却空胴でなくて
もよく、また供給するオイルは必ずしも加圧されている
状態でなくてもピストンのスカート部と外環部材との間
の隙間にオイルを供給することが可能となる。また、上
記隙間にオイルを供給するための特別の油路等をピスト
ン等のエンジン部品に加工する必要がなく、且つそのた
めの機械加工設備を要することなく、低騒音化を図った
ピストンを得ることができる。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
課題を解決することであり、オイルを加圧することな
く、スカート部と外環部材との間に形成された隙間にダ
ンピング用のオイルを供給して低騒音化を達成すること
ができるピストンを提供することである。即ち、、この
発明の目的は、前記隙間へのオイルの供給を、ピストン
ピンがコンロッドから受ける摩擦トルクや、ピストンに
作用する慣性力及びコンロッドからの強制的な変位力等
によって上記隙間が拡大するときの吸込み作用によって
行い、特別なオイル供給構造を用いることなく、既にピ
ストンに使用されているオイル、即ち、シリンダライナ
との摺動面に供給されているオイルや、ピストン本体の
裏面に跳ねかけられるオイルを利用して、ピストンの静
音化を図ることである。

【００２７】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ストンピン孔が形
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、前記スカート部の少なくともスラスト側に配
設され且つ前記スカート部との間に隙間を形成している
外環部材、及び前記外環部材を前記ピストンピンの軸回
りに回動自在に且つ前記ピストン本体に対して径方向に
相対移動自在に支持するため前記ピストンピンの両端部
に取り付けられた外環支持部材を具備し、前記スカート
部の外周面には、前記隙間に供給されるオイルを貯留す
るオイル貯留溝及び前記オイル貯留溝と前記ピストンリ
ング溝とを接続するオイル導入溝が形成されていること
から成るピストンに関する。

【００２８】この発明は、上記のとおり構成されている
ので、次のように作用する。上死点前のクランク角度範
囲にあって上昇中のピストンは、コンロッドからの押し
上げ力や横方向の押しつけ力、ピストンピンを介しての
摩擦トルク、及びピストンの慣性力等を受けるが、摩擦
トルクに比して横方向の押しつけ力はきわめて大きいた
め、この間はピストンは反スラスト側でシリンダライナ
に接した状態のままである。

【００２９】外観部材は、ピストンピン回りに回動自在
且つピストン本体に対して径方向に相対移動自在に支持
されている。コンロッドからの押し上げ力や横方向の押
しつけ力は外環部材には作用しないため、ピストンの動
きに必ずしも常に追従するわけではない。外環部材に
は、ピストンピンを介して摩擦トルク、慣性力、シリン
ダライナからの摩擦力などが作用する。上記のクランク
角度範囲においては、摩擦トルクによる回動によって、
外環部材はその下端を支点としてピストンから離れシリ
ンダライナに接近するように変位する。したがって、外
環部材とピストンスカート部との間に形成される隙間は
拡大しようとするため、隙間に存在するオイルは負圧と
なる。隙間に連通するオイルの導入路を設け、さらに導
入路の先にオイル溜まりを設けておけば、オイル溜まり
から導入路を通じてオイルが吸い出されることになり、
隙間に対するオイルの補充が行われる。

【００３０】上記のメカニズムによれば、エンジンの回
転速度が、油圧が低く且つピストンに作用する慣性力が
小さい低速回転領域であっても、隙間へのオイル供給は
可能となり、スラップ音による騒音が軽減される。更
に、外環部材とスカート部との間に形成される隙間の体
積は非常に僅かな量であるので、導入路の先に設けられ
るオイル溜まりへのオイルの供給は極少量で済む。した
がって、オイル溜まりへ供給されるべきオイルは、量的
にはピストンリングによってピストン下降行程中に掻き
落とされたオイルを利用することで賄うことができる程
度であり、掻き落とされてピストンリング溝に貯留した
オイルは、ピストン上昇行程中にスカート部の外周面に
形成されたオイル導入溝を通じてオイル貯留溝に供給さ
れる。

【００３１】また、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ストンピン
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、前記スカート部の少なくともスラスト
側に配設され且つ前記スカート部との間に隙間を形成し
ている外環部材、及び前記外環部材を前記ピストンピン
の軸回りに回動自在に且つ前記ピストン本体に対して径
方向に相対移動自在に支持するため前記ピストンピンの
両端部に取り付けられた外環支持部材を具備し、前記ス
カート部の外周面には前記隙間に供給されるオイルを貯
留するオイル貯留溝が形成され、且つ前記スカート部に
は前記オイル貯留溝と前記スカート部の裏面とを連通す
るオイル導入孔が形成されていることから成るピストン
に関する。

【００３２】この発明によれば、エンジンの運転に伴
い、ピストンを冷却するためにコンロッドやクランクシ
ャフトによってピストンの裏面に向かって跳ね上げられ
たオイルは、オイル導入孔に供給される。オイル導入孔
に供給されたオイルの隙間への供給については、先の発
明の場合と同様、スカート部の外周面に形成されたオイ
ル導入溝を通じて、ピストン上昇行程中に行われる。ピ
ストンのスカート部の厚さが厚ければ、前記オイル導入
孔は長くなるので、前記隙間に供給すべき量のオイルを
オイル導入孔内のオイルで賄うことができる。

【００３３】ピストンのスカート部の厚さが薄く、前記
隙間に供給すべき量のオイルをオイル導入孔内のオイル
のみで賄うことができない場合には、スカート部の裏面
側に、オイル導入孔の開口部の近傍にオイルを貯留させ
ておくための棚部を形成することができる。

【００３４】スカート部がシリンダライナに対して強く
衝突する領域は、スカート部の外周面がピストンピン軸
を通りピストン軸に直交する平面と交差する部位の、特
にクラウン部寄りの領域である。それ故、ピストンのス
ラップ音もこの領域で最も発生しやすい。外環部材は当
該領域を覆うようにスカート部に対して装着されている
が、前記領域には充分なオイルが常に存在しているのが
好ましい。こうした考えに基づき、オイル貯留溝は、ス
カート部の外周面において、ピストンピンの軸線を含み
ピストン軸に直交する平面よりもクラウン部側の位置
に、隙間に臨んで形成されている。このようにオイル貯
留溝の形成位置を定めると、オイル貯留溝から隙間に供
給されたオイルのうちの相当な量が前記領域に供給さ
れ、オイルダンピング効果を充分に発揮させて、スラッ
プ音を軽減させることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、こ
の発明によるピストンの実施例を説明する。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に示したピストンの縦断面図、図３は図１に示し
たピストンの正面図である。

【００３６】図１に示したこの発明によるピストンは、
ピストン本体１は、従来のピストンと同様に、複数のピ
ストンリング溝１２を備えたクラウン部２と、ボス部１
３にピストンピン２２が挿入されるピストンピン孔４が
形成されたスカート部３とを有している。ピストンピン
孔４に挿入されたピストンピン２２は、ピストンピン孔
４の両端近傍に形成されたリング溝２５に嵌着されるス
ナップリング２４によってピストンピン孔４内から抜け
出さないように保持される。

【００３７】この実施例では、外環部材２７は、ピスト
ン本体１のスカート部３のスラスト側にのみ配設されて
いる。しかし、本発明は、スラスト側にのみ外環部材を
有する片側オイルダンピング式ピストンのみならず、ス
ラスト側と反スラスト側とに外環部材を有する両側オイ
ルダンピング式ピストンにも適用可能であるのは勿論で
ある。なお、外環部材２７をスラスト側に限って配設し
ても、外環部材２７をスラスト側及び反スラスト側の両
側に配設する場合と比較して、スラップ音の軽減作用が
大きく減少しないことが、実験上確認されている。

【００３８】外環部材２７は、鋼板のような全体が弾性
を有する板状部材で形成されている。外環部材２７は、
ピストン本体１の外周面に沿って配置されてオイルダン
ピング機能を受け持つ半円弧状本体２８と、半円弧状本
体２８から両側に延びて後述する外環支持部材に係合さ
れる腕部２９とを有している。外環部材２７の弾性は、
半円弧状本体２８が円弧を縮径する方向にばね性を備え
るものである。

【００３９】ピストンピン２２の両端部には、外環支持
部材３２が配設されている。外環支持部材３２は、ピス
トンピン２２の中空孔２３内に嵌入される小径部３３
と、外環部材２７の腕部２９と係合する係合部３５を有
する大径部３４とを有している。外環支持部材３２の小
径部３３がピストンピン２２の中空孔２３内に嵌入した
状態では、大径部３４の側面がピストンピン２２の端面
に当接している。係合部３５は、一対の対向する鍔部３
６，３７によって形成される案内溝３８を有している。
外環部材２７は、腕部２９が係合部３５の案内溝３８に
嵌入係合した状態では、ピストン本体１の径方向に相対
移動自在である。外環支持部材３２の小径部３３がピス
トンピン２２の中空孔２３内で回動することにより、外
環部材２７は外環支持部材３２と共にピストンピン２２
の軸周りに回動自在でもある。

【００４０】腕部２９の内側面には、補強部材３０がプ
ロジェクション溶接等により取り付けられている。補強
部材３０は、腕部２９が係合部３５に対して摺動接触す
る接触面積を増加させている。したがって、外環支持部
材３２に対する腕部２９の支持が安定すると共に、外環
部材２７が外環支持部材３２に対してピストン本体１の
径方向に摺動するときの摺動部の耐摩耗性が向上する。

【００４１】外環部材２７は、ピストン本体１のピスト
ン軸（即ち、軸線）Ｘ−Ｘ及び周方向について対称形に
形成されている。即ち、外環部材２７は、ピストン本体
１のピストン軸線Ｘ−Ｘに直交し且つピストンピン２２
の軸線Ｙ−Ｙを含む平面Ａ−Ａ、及びピストン本体１の
ピストン軸線Ｘ−Ｘを含み且つピストンピン２２の軸線
Ｙ−Ｙに直交する平面Ｂ−Ｂについて、対称形に形成さ
れている。したがって、外環部材２７をピストン本体１
に組み付ける時に、外環部材２７の上下及び左右方向に
注意を払うことなく組み付けることができ、外環部材２
７のピストン本体１への組付け作業が簡素化される。

【００４２】また、外環部材２７は、特にピストン本体
１のピストン軸線方向及び周方向に対称に形成してある
ので、図８に示したようなスカート部４３の形状に合わ
せた特有の形状を有する従来の外環部材４７と比較し
て、上下幅が狭くスカート部３の肩部にのみ適用される
ものとなっている。このような形状を有する外環部材２
７は、形状が簡素化されて製作上有利であるばかりでな
く、シリンダライナとの摩擦が軽減され、且つピストン
全体の軽量化に寄与している。上下幅が狭い外環部材２
７であっても、従来の外環部材４７と比較してオイルダ
ンピング効果に格別の差が生じないことが、実験上確認
されている。

【００４３】外環部材２７は、その半円弧状本体２８が
円弧を縮径する方向にばね性を有している。腕部２９
は、そのばね性に抗して腕部２９を拡開した状態で、外
環支持部材３２の係合部３５に係合する。即ち、外環支
持部材３２は、外環部材２７の半円弧状本体２８が自身
の円弧を縮径させようとするばね性により、ピストンピ
ン２２の端部に当接するように付勢される。したがっ
て、外環支持部材３２は、中空孔２３から抜け出ること
がないので、ピストンピン２２から脱落せず、外環部材
２７は外環支持部材３２に保持される。外環部材２７と
外環支持部材３２とのピストン本体への組付けには、従
来のピストンで使用していたサブピストンピンを必要と
していないので、部品点数が削減されて低コスト化が図
られる。また、ピストン本体１と外環部材２７とをアッ
センブリ品として扱うことが可能となり、シリンダライ
ナへのピストンの挿入等の組立作業性が改善される。

【００４４】ピストン本体１のスカート部３のスラスト
側には、外環部材２７が嵌まり合う面を含む外周面７が
形成されている。スカート部３の外周面７と外環部材２
７との間に形成される隙間１４に導入されるオイルはク
ランク室へ流れ出ていくものであるので、常にオイルを
補給する必要がある。外周面７には、外環部材２７とス
カート部３との隙間１４に供給されるオイルを貯留する
ためのオイル貯留溝８が形成されている。オイル貯留溝
８は、ピストンピン２２の軸線Ｙ−Ｙを含みピストンの
軸線Ｘ−Ｘに直交する平面（Ａ−Ａで示す平面）よりも
クラウン部２側で且つピストンリング溝１２よりもスカ
ート部３側の位置において、隙間１４に臨むように、外
周面７の周方向に延びて形成されている。

【００４５】オイル貯留溝８へ供給されるオイルは、シ
リンダライナの表面に付着していたオイルが利用され
る。オイル貯留溝８と、オイル貯留溝８に最も近いピス
トンリング溝１２との間のピストン本体１の表面上に
は、ピストン軸線Ｘ−Ｘと並行な方向に延びるオイル導
入溝９が形成されている。シリンダライナの表面に付着
していたオイルは、ピストン下降時にピストンリングに
よって掻き落とされて、ピストンリング溝１２内に入り
込む。ピストンリング溝１２内に溜められたオイルは、
オイル導入溝９を通じてオイル貯留溝８に供給される。
なお、ピストンは、図２に示すように、冷却空洞１９を
備えたピストンである。

【００４６】ここで、隙間１４に生じる負圧について、
図５及び図６の記載に基づいて説明する。図５はピスト
ンに作用する力の状態を示す概略図、図６はピストン作
用するトルク及び横方向変位を示すグラフである。ピス
トンピン２２には、コンロッド５１の揺動運動に伴っ
て、図６の下側のグラフに示すような摩擦トルクＴが作
用している。摩擦トルクＴの向きや大きさは、ピストン
ピン２２に加わる荷重や、ピストンとコンロッド５１の
ピストンピン２２周りの相対角速度によって決まるが、
通常は、上死点の前後のクランク角度範囲αでは、コン
ロッド５１の揺動方向が図５（ピストンは上死点より前
に位置しているとする）に矢印γで示すように反時計方
向であるから、ピストンピン２２がコンロッド５１から
受ける摩擦トルクＴも反時計方向のトルクである。摩擦
トルクＴは、圧縮上死点付近で最大値となる。従ってピ
ストン本体１は、クランク角度範囲αでは、全体として
回転方向Ｄで示すように時計方向に回転しようとする力
を受ける。

【００４７】一方、ピストンピン２２の横方向変位は、
図６の上側のグラフに示すように、概略下死点から上死
点までのクランク角度範囲βでは反スラスト側に生じて
いる。即ち、ピストンに作用する慣性力、コンロッドか
らの強制的な変位力、及び燃焼室内の空気の圧縮圧力等
の力のバランスによって、上死点へ向かう上昇中のピス
トンは、図５に矢印Ｅで示すように反スラスト側に向か
う横変位方向に押されて変位している。

【００４８】クランク角度範囲αとクランク角度範囲β
とが重なる、ピストンが上死点前で上昇中のクランク角
度範囲では、ピストンピン２２を介して働くコンロッド
５１の横方向押しつけ力によって、ピストン本体１は反
スラスト側に変位している。これに対してピストンピン
２２を介して作用する摩擦トルクは、横方向押しつけ力
に比して非常に小さいためピストン本体１を回動させる
力とはならない。

【００４９】外環部材２７は、コンロッド５１からの押
しつけ力は受けないが、ピストンピン２２及び外環支持
部材３２を介して働く摩擦トルクＴを受けて、反時計方
向に回転しようとする。ピストン本体１は反スラスト側
に変位したままであるから、ピストン本体１のスラスト
側において、スカート部３とシリンダライナとの間に形
成された隙間の中で、外環部材２７はその上端がシリン
ダライナに接し、その下端がスカート部３に接する状態
になるまで回動する（矢印Ｆ）。したがって、外環部材
２７とスカート部３の間に隙間１４は、上端が広くなる
逆三角形の形で拡大形成され、隙間１４内のオイルには
負圧が作用する。

【００５０】したがって、隙間１４内のオイルに生じた
負圧によって、オイルは、オイル貯留溝８から隙間１４
に吸い出される。オイル貯留溝８の先にオイルの補給手
段を設けておけば、補給手段からオイル貯留溝８にオイ
ルが補給される。即ち、ピストン下降時にピストンリン
グによって掻き落とされて、オイル貯留溝８に最も近い
ピストンリング溝１２内に入り込んでいたオイルは、前
記負圧によって、オイル導入溝９を通じてオイル貯留溝
８に供給される。

【００５１】ピストンが下降行程に入ったとき、ピスト
ン本体１がスラスト側に移動してシリンダライナに衝突
しようとするが、隙間１４内のオイルのダンピング作用
によって、上記移動は減衰されて衝突が緩和され、スラ
ップ音が軽減する。ピストンの下降行程時にスカート部
３がシリンダライナに対して特に強く衝突する領域は、
図３にＣで示すように、ピストンピン２２の軸線Ｙ−Ｙ
を含みピストンの軸線Ｘ−Ｘに直交する平面からみてク
ラウン部２寄りに隣接する領域、即ち、外環部材２７の
中央部上方に対応する領域Ｃである。オイル貯留溝８
は、領域Ｃのクラウン部２側の位置に、隙間１４に臨む
ように、外周面７の周方向に延びて形成されている。し
たがって、隙間１４の領域Ｃに対応する部分は、直近に
位置するオイル貯留溝８から供給されるオイルによって
常に充分に満たされている。

【００５２】オイルは、ピストンリング溝１２からオイ
ル導入溝９を通じて補給される。外環部材２７とスカー
ト部３との間に形成される隙間１４の体積は非常に僅か
な量であるので、オイル貯留溝８へのオイルの供給は極
少量で済む。したがって、オイル貯留溝８に供給される
べきオイルは、量的にはピストンリングによって下降行
程で掻き落とされたオイルを利用することで賄うことが
できる程度である。

【００５３】ピストンリングによるオイル掻き取り作用
は、エンジンが低速運転状態であっても確実に生じ、掻
き取ったオイルは隙間１４に供給される。したがって、
従来のような直接供給方式や、冷却空胴からの給油方式
の場合のように、エンジンの低速回転のために隙間１４
へのオイル供給能力が低下することもなく、低速回転状
態のエンジンにおいても、スラップ音による騒音が軽減
される。

【００５４】図１〜図３には、ピストンリング溝１２か
らオイル導入溝９を通じたオイルの供給に代わる、別の
オイル供給構造も開示されている。即ち、図１〜図３に
示した実施例のピストンは、オイル貯留溝８に供給すべ
きオイルを、ピストンの裏面６に対して跳上げ等の手段
で供給されたオイルを利用している。ピストン本体１の
スカート部３に形成した複数のオイル導入孔１０の一端
１０ａは、オイル貯留溝８に開口し、他端１０ｂはスカ
ート部３の内側である裏面６に開口している。ピストン
の冷却のためにクランク室内から跳ね上げられたオイル
は、他端１０ｂからオイル導入孔１０に入り、オイル貯
留溝８への供給に備えてオイル導入孔１０内に貯留され
る。ピストンのスカート部３は肉厚に形成されているの
で、オイル導入孔１０内の容積は、オイル貯留溝８に供
給すべきオイルを賄うのに十分な量である。なお、オイ
ル貯留溝８に供給すべきオイルには、シリンダライナの
摺動面に付着していてピストンリングで掻き取ったオイ
ルと、ピストンの裏面６に跳ね上げられたオイルとを同
時に利用することもできる。

【００５５】図４には、この発明によるピストンの別の
実施例の断面図が示されている。図４に示したピストン
の実施例は、図１及び２に示したピストンの実施例と、
オイル貯留溝８へのオイル供給構造が異なる以外の基本
的な構造に差異はないので、当該基本的な構造について
は同等の構成要素に同じ符号を付して重複する説明を省
略する。図４に示した実施例は、ピストンの重量を軽減
するためスカート部３の肉厚を薄くした例である。図１
〜図３に示した実施例におけるオイル導入孔１０に対応
して、スカート部３にはオイル導入孔１１が形成されて
いる。オイル導入孔１１は、オイル導入孔１０の場合と
同様、オイル貯留溝８に沿って隔置して形成されてお
り、一端１１ａがオイル貯留溝８に開口し、他端１１ｂ
がスカート部３の裏面６に開口している。スカート部３
の肉厚を薄くすると、オイル導入孔１１に供給すべき充
分なオイルを貯留することができないので、スカート部
３の裏面６に、棚部１５を溶接等の適宜の手段で取り付
ける。棚部１５の上面は、オイル導入孔１１の他端１１
ｂに臨む位置にあり、ピストン本体１の裏面６に跳ねか
けられたオイルは、貯留オイル１６として示すように棚
部１５に貯留される。棚部１６に貯留されたオイルは、
ピストン上昇行程時に隙間１４に生じる負圧作用によっ
て、オイル導入孔１１内に容易に吸い込まれることにな
る。

【００５６】図７には、この発明によるピストンの静音
効果が、エンジン回転速度が低速である場合にも得られ
ていることを示している。即ち、図７において、実線で
示すグラフは、従来のピストンのエンジン回転速度に応
じた騒音レベル（単位デシベル）を示している。図７に
おいて、破線で示すグラフは、この発明によるピストン
の騒音レベルを示している。両グラフの比較から明らか
なように、この発明によるピストンの騒音レベルは、全
エンジン回転数にわたって、特に、エンジンの回転速度
が低速の領域で大きく低下していることが分かる。

【００５７】

【発明の効果】この発明によるピストンは、上記のよう
に、ピストン本体のスカート部との間に隙間を形成する
外環部材と、外環部材をピストンピンの軸回りに回動自
在に且つピストン本体に対して径方向に相対移動自在に
支持するためピストンピンの両端部に取り付けられた外
環支持部材とを具備しており、スカート部の外周面には
オイル貯留溝が形成され、且つスカート部の外周面には
オイル貯留溝とピストンリング溝とを接続するオイル導
入溝が形成されているか、又は、スカート部の外周面に
はオイル貯留溝が形成され、且つスカート部にはオイル
貯留溝とスカート部の裏面とを連通するオイル導入孔が
形成されていることから成るので、従来のものに見られ
るような供給路による直接供給方式やオイルジェットを
生じさせる高価な噴射方式等の能動的なオイル供給構造
は必要とせず、ピストンリングによって掻き取ったオイ
ルやピストンの裏面に跳ね付けられるオイル等の既に使
用されているオイルを、ピストンに作用する摩擦トルク
や横変位力等の外力を利用して、スカート部の外周面と
の間に形成されている隙間に供給することができる。ま
た、オイル貯留溝は、スカート部の外周面において、ピ
ストンピンの軸線を含みピストン軸に直交する平面より
クラウン部側に、隙間に臨んで形成されているので、ピ
ストンのスカート部がシリンダライナに強く衝突する領
域でのオイルダンピング効果を充分に発揮させることが
できる。また、エンジンの回転速度が低速であっても、
上記隙間に確実にオイルを供給することができ、スラッ
プ音による騒音を静音化させることができる。

【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に示されたピストンの部分縦断面図であ
る。

【図３】図１に示されたピストンの、外環部材を取り除
いた状態で示す正面図である。

【図４】この発明によるピストンの他の実施例を示す部
分縦断面図である。

【図５】上死点へ向かうピストンに作用する力の状態を
示す概略図である。

【図６】ピストンに作用るすトルクと横方向変位を示す
グラフである。

【図７】この発明によるピストンの静音化効果を示すグ
ラフである。

【図８】従来のピストンの一例を示す分解斜視図であ
る。

【図９】図８に示すピストンの横断面図である。

【図１０】従来のピストンにおけるダンピング用オイル
の直接給油方式を説明する断面図である。

【図１１】従来のピストンにおける冷却空洞を利用した
ダンピング用オイルの給油方式を説明する断面図であ
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ピストンピン孔６裏面７外周面８オイル貯留溝９オイル導入溝１０オイル導入孔１１オイル導入孔１２ピストンリング溝１３ボス部１４隙間１５棚部２２ピストンピン２７外環部材３２外環支持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｊ 1/16 Ｆ１６Ｊ 1/16

Claims

【特許請求の範囲】

【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ストン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、
前記スカート部の少なくともスラスト側に配設され且つ
前記スカート部との間に隙間を形成している外環部材、
及び前記外環部材を前記ピストンピンの軸回りに回動自
在に且つ前記ピストン本体に対して径方向に相対移動自
在に支持するため前記ピストンピンの両端部に取り付け
られた外環支持部材を具備し、前記スカート部の外周面
には、前記隙間に供給されるオイルを貯留するオイル貯
留溝及び前記オイル貯留溝と前記ピストンリング溝とを
接続するオイル導入溝が形成されていることから成るピ
ストン。
【請求項２】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ストン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、
前記スカート部の少なくともスラスト側に配設され且つ
前記スカート部との間に隙間を形成している外環部材、
及び前記外環部材を前記ピストンピンの軸回りに回動自
在に且つ前記ピストン本体に対して径方向に相対移動自
在に支持するため前記ピストンピンの両端部に取り付け
られた外環支持部材を具備し、前記スカート部の外周面
には前記隙間に供給されるオイルを貯留するオイル貯留
溝が形成され、且つ前記スカート部には前記オイル貯留
溝と前記スカート部の裏面とを連通するオイル導入孔が
形成されていることから成るピストン。
【請求項３】前記オイル導入孔が開口する前記スカー
ト部の裏面には、前記オイル導入孔に供給されるオイル
を貯留するための棚部が形成されている請求項２に記載
のピストン。
【請求項４】前記オイル貯留溝は、前記スカート部の
前記外周面において、前記ピストンピンの軸線を含みピ
ストン軸に直交する平面よりも前記クラウン部側の位置
に、前記隙間に臨んで形成されている請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のピストン。