JPH11153061A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

内燃機関用ピストン

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JPH11153061A
JPH11153061A JP33630097A JP33630097A JPH11153061A JP H11153061 A JPH11153061 A JP H11153061A JP 33630097 A JP33630097 A JP 33630097A JP 33630097 A JP33630097 A JP 33630097A JP H11153061 A JPH11153061 A JP H11153061A
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JP
Japan
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piston
outer diameter
end outer
diameter portion
curved surface
Prior art date
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JP33630097A
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English (en)
Inventor
Nobuhiko Inada
順彦 稲田
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダライナとの摺動抵抗を減ずる逃がし
溝を有する内燃機関用ピストンの逃がし溝の端部の焼き
つきを防止する。 【解決手段】 ピストン1のスカート部3に設けた逃が
し溝4の上下端外径部15,16の外径をピストン1の
最大外径部12より小さくするとともに、上下端外径部
15,16から上下方向に漸次連続した曲率の第1,第
2曲面10,11を設ける。ピストン1の上下動時には
逃がし溝4の上下端外径部15,16に第1,第2曲面
10,11で形成したくさび部22,23により油膜を
形成し、焼きつきを防止する。

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
ンに係わり、特に、摺動抵抗が低く機械摩擦損失、発熱
の少ない内燃機関用ピストンのプロフィルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来からエンジンのシリンダライナとピ
ストンとの摺動抵抗を低減する方法としては、ピストン
のスカート部のシリンダライナとの摺動面積を減少させ
ることが知られている。
【0003】図3は従来のピストン1aの第1例の正面
一部断面図であり、ピストン1aのピストンピン穴2に
直角なスカート部3には逃がし溝4が設けられており、
スカート部3の面積を減少している。
【0004】図4は従来のピストン1bの第2例の正面
一部断面図であり、ピストン1bのスカート部3には逃
がし凹部5が設けられ、スカート部3の面積を減少して
いる。
【0005】図5はピストン1aのスカート部3のプロ
フィルを示す図であり、上記の第1例および第2例は同
一である。図5の右側は縦軸にピストン1aの高さを示
し、図5の左側のピストン1aの各部と対応している。
横軸は水平方向寸法(ピストン外径の形状寸法)を拡大
表示している。スカート部3に設けられた逃がし溝4の
上端外径部15および下端外径部16から上方向および
下方向にはそれぞれ曲面40,41が設けられ、逃がし
溝4の上端外径部15と曲面40の曲面上端外径部13
との段差は所定の値Aであり、逃がし溝4の下端外径部
16と曲面41の曲面下端外径部14との段差は所定の
値Bである。すなわち、逃がし溝4の上端外径部15の
上方には曲面40によりくさび部42が形成され、下端
外径部16の下方には曲面41によりくさび部43が形
成されている。逃がし溝4の上端外径部15および下端
外径部16の端には糸面取りが施されている。この曲面
40,41は運転中の熱変形を吸収したり、ピストン1
aの上下動時の摺動抵抗を減じたり、あるいは、運転中
にピストン1a が傾斜した場合にシリンダライナとの当
接面積を大きくする等のために設けられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成においては以下のような問題点がある。図6は内燃機
関のピストン部分の模式図である。シリンダライナ6に
はピストン1が嵌入され、ピストン1のピストンピン2
とクランクシャフト30のクランクピン31とはコネク
ティングロッド32により連結されている。燃料に着火
するとピストン1の上面には爆発圧力Fが加わる。ピス
トン1は白矢印の方向に下降し、クランクシャフト30
は矢印方向に回転してコネクティングロッド32は傾斜
する。そのためピストン1にはシリンダライナ6に対し
てスラスト力Sが発生する。このスラスト力Sは爆発圧
力Fとコネクティングロッド32の傾斜角にに比例す
る。近年エンジンは高出力化し、特にディーゼルエンジ
ンにおいては爆発圧力Fも高く、ピストン1に加わるス
ラスト力Sも大きくなっている。
【0007】図7は、従来のピストン1aの下降時の模
式図である。ピストン1aが白矢印のように下降すると
くさび部43の作用により形成された油膜の油圧が上昇
し、下部の曲面41は矢印方向の力を受けてシリンダラ
イナ6から浮き上がる。しかしながら逃がし溝4の上端
外径部15はシャープエッジであるため油を掻き落と
し、油膜の形成が不十分となって焼きつくという問題が
発生する。
【0008】ピストン1aの上昇時にも図示しないが同
様の現象が現れ、逃がし溝4の下端外径部16が焼きつ
く恐れがある。
【0009】本発明は上記の問題点に着目し、外周面に
設けた逃がし溝の上下端外径部に油膜を形成することに
より潤滑を良くして摺動抵抗を減じるとともに、焼きつ
きを防止し、高速、高出力に適する内燃機関用ピストン
を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段、作用および効果】上記の
目的を達成するために、本発明に係る内燃機関用ピスト
ンの第1発明は、ピストンのスカート部の摺動方向に、
シリンダライナとの接触面積を減じ摺動抵抗を低減する
逃がし溝を有するピストンにおいて、逃がし溝の上端外
径部および下端外径部をピストンの最大外径部より小さ
くするとともに、上端外径部および下端外径部からそれ
ぞれのピストンのスカート部の上方向および下方向の最
大外径部に向けて、漸次連続した曲率を有する曲面を設
けた構成としている。このような構成により、ピストン
に設けた逃がし溝の上下端外径部部にはくさび部が形成
され、油膜が形成され易くなるため上下端外径部での油
膜切れによる焼きつきの恐れは減少する。また、逃がし
溝に蓄えられた油がピストンの上方向の移動のときは逃
がし溝の下端外径部部のくさび部に、また、ピストンの
下方向の移動のときは逃がし溝の上端外径部部のくさび
部に入り、油膜を形成するとともに、ピストンを浮かせ
て摺動抵抗を減じる。
【0011】第2発明は、曲面の最大外径部と逃がし溝
の上下端外径部との段差を、ピストンの外径の1×10
-3〜1×10-5にした構成としている。このような構成
により、ピストンが上下に摺動する場合、逃がし溝の上
下端外径部に油の入る隙間が確保され、上下端外径部の
焼きつきを確実に防止するとともに、ピストンを浮かせ
て摺動抵抗を減じる。
【0012】第3発明は、曲面の曲率半径を、逃がし溝
の上端外径部および下端外径部からそれぞれ離隔する方
向に漸次大きくする構成としている。このような構成に
より、ピストンのスカート部の上端外径部および下端部
のくさび部は鋭角となり、ピストンが下降した場合に油
がこのくさび部に侵入し易くなるとともに、油圧が高く
なってピストンをシリンダライナから確実に浮き上がら
せる。したがって、逃がし溝の上端外径部および下端外
径部の焼きつきは確実に防止される。
【0013】第4発明は、逃がし溝の上端外径部および
下端外径部からそれぞれのピストンのスカート部の上方
向および下方向の曲面の最大外径部までの垂直距離を、
ピストンの外径の1×10-2以上とした構成としてい
る。このような構成により、ピストンに設けた逃がし溝
の上下端外径部にくさび部が形成され、上下方向に摺動
する場合にシリンダライナとの間に油膜を形成し易くな
り、上下端外径部の油切れによる焼きつきを防止すると
ともに、油圧が高くなってピストンをシリンダライナか
ら確実に浮き上がらせる。
【0014】
【発明の実施の形態及び実施例】以下に、本発明に係る
内燃機関用ピストンの実施例について、図1、図2を参
照して詳述する。
【0015】図1はピストン1のスカート部3のプロフ
ィルを示す図面であり、図1の右側の縦軸はピストン1
の高さを示し、図1の左側のピストン1の各部と対応し
ている。横軸は水平方向の寸法(ピストン外径部の寸
法)を拡大表示している。ピストン1のスカート部3に
はシリンダライナ6との接触面積を減ずるための逃がし
溝4が設けられている。逃がし溝4の上端外径部15か
らピストン1のスカート部3の上方向に第1曲面10が
設けられ、逃がし溝4の下端外径部16からスカート部
3の下方向に第2曲面11が設けられている。第1曲面
10の曲面上端外径部13と第1曲面10の第1最大外
径部12との段差は所定の寸法Aであり、第2曲面11
の曲面下端外径部14と第2曲面11の第2最大外径部
12aとの段差は所定の寸法Bである。逃がし溝4の上
端外径部15と第1曲面10の第1最大外径部12との
段差C、および下端外径部16と第2曲面11の第2最
大外径部12aとの段差Dは、ピストン外径に対して1
×10-3〜1×10-5である。すなわち、ピストン外径
を100mmとすれば、段差CおよびDは0.1mm〜0.
001mmとなり油の侵入には十分の隙間となる。好まし
くは0.02mm〜0.1mmとなる。逃がし溝4の上端外
径部15と第1曲面10の第1最大外径部12との垂直
距離E、および逃がし溝4の下端外径部16と第2曲面
11の第2最大外径部12aとの垂直距離Fは、ピスト
ン外径に対して1×10-2以上であり、好ましくは1×
10-1以上である。すなわち、ピストン外径を100mm
とすればEおよびFは1mm以上であり、好ましくは10
mm以上となる。第1曲面10の曲率半径は逃がし溝4の
上端外径部15から第1曲面10の曲面上端外径部13
に向けて連続してR1からR2に漸次変化する。ここで
R2>R1である。また、第2曲面11の曲率半径は下
端外径部16から第2曲面11の曲面下端外径部14に
向けてR3からR4に漸次変化する。ここでR4>R3
である。したがって、第1曲面10の曲面上端外径部1
3、第2曲面11の曲面下端外径部14および逃がし溝
4の上下端外径部15,16にはそれぞれくさび部2
0,21,22,23が形成される。なお、上記実施例
では、R1からR2に、および、R3からR4に漸次連
続して変化することが記載されているが、R1からR2
の間、あるいは/および、R3からR4の間に、シリン
ダライナ6と平行な直線部を設けても良い。
【0016】図2は下降時のピストン1のスカート部3
の状態を示す模式図であり、ピストン1は白矢印のよう
に下降している。このときピストン1のスカート部3の
下端外径部16と第2曲面11とで形成するくさび部2
1に油が侵入して油膜を形成する。前述のように曲面1
1の下端部の曲率R4は大きいためくさび部21は鋭角
となり、くさび部21部分の油圧は上昇し、矢印方向の
力が発生して第2曲面11をシリンダライナ6から浮き
上がらせる。そのため、第2曲面11は直接シリンダラ
イナ6と接触して摺動することはなく、逃がし溝4の下
端外径部16とシリンダライナ6とが接触することはな
い。また、逃がし溝4の上端外径部15と第1曲面10
とで形成するくさび部22にも油が侵入し、上端外径部
15とシリンダライナ6とが接触することはない。した
がって、逃がし溝4の上下端外径部15,16は焼きつ
くことはない。
【0017】ピストン1上昇時は、図示説明はしない
が、ピストン1の上面に加わる力Fは小さく、したがっ
てピストン1のスカート部3に加わるスラスト力Sも小
さい。しかもピストン1の逃がし溝4の上下端外径部1
5,16と第1,第2曲面10,11との形成するくさ
び部22,23によりシリンダライナ6との間に油膜を
形成するので、上下端外径部15,16が焼きつくこと
はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のピストンのプロフィルを示す図面であ
る。
【図2】本発明のピストンの作用の説明図である。
【図3】従来のピストンの第1例の正面一部断面図であ
る。
【図4】従来のピストンの第2例の正面一部断面図であ
る。
【図5】従来のピストンのプロフィルを示す図面であ
る。
【図6】内燃機関の模式図である。
【図7】従来のピストンの作用の説明図である。
【符号の説明】
1、1a、1b ピストン 3 スカート部 4 逃がし溝 6 シリンダライナ 10 第1曲面 11 第2曲面 12,12a 最大外径部 13 曲面上端外径部 14 曲面下端外径部 15 上端外径部 16 下端外径部 20,21,22,23 くさび部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストン(1) のスカート部(3) の摺動方
    向に、シリンダライナ(6) との接触面積を減じ摺動抵抗
    を低減する逃がし溝(4) を有するピストン(1) におい
    て、逃がし溝(4) の上端外径部(15)および下端外径部(1
    6)をピストン(1) の最大外径部(12)より小さくするとと
    もに、上端外径部(15)および下端外径部(16)からそれぞ
    れのピストン(1) のスカート部(3) の上方向および下方
    向の最大外径部(12)に向けて、漸次連続した曲率を有す
    る曲面(10,11) を設けたことを特徴とする内燃機関用ピ
    ストン。
  2. 【請求項2】 曲面(10,11) の最大外径部(12,12a)と逃
    がし溝(4) の上下端外径部(15,16) との段差(C,D) を、
    ピストン(1) の外径の1×10-3〜1×10-5にした請
    求項1記載の内燃機関用ピストン。
  3. 【請求項3】 曲面(10,11) の曲率半径を、逃がし溝
    (4) の上端外径部(15)および下端外径部(16)からそれぞ
    れ離隔する方向に漸次大きくする請求項1記載の内燃機
    関用ピストン。
  4. 【請求項4】 逃がし溝(4) の上端外径部(15)および下
    端外径部(16)からそれぞれのピストン(1) のスカート部
    (3) の上方向および下方向の曲面(10,11) の最大外径部
    (12,12a)までの垂直距離(E,F) を、ピストン(1) の外径
    の1×10-2以上とした請求項1記載の内燃機関用ピス
    トン。
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WO2018163847A1 (ja) * 2017-03-06 2018-09-13 マツダ株式会社 往復動ピストンエンジン
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