JPS6267262A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリンダ内に往復動可能に挿入された内燃機関
のピストンに関し、ピストン等往復運動部品のフリクシ
ョンロスの低減を図ったものである。

（従来の技術） 内燃機関のシリンダ内には、ピストンが往復動可能に挿
入され、このピストンはコンロッドを介してクランクシ
ャフトに連結されており、燃焼室での燃焼ガス圧力によ
りピストンを往復運動させ、ピストンの往復運動をコン
ロッドを介し°てクランクシャフトの回転運動に変換す
るものである。つまり、燃焼ガス圧力を、ピストン、コ
ンロッド等の往復運動部品を介して回転動力として得る
ものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、従来の内燃機関においては、一般にピストン
の頭頂部がその軸心方向に直交するよう平坦に形成され
ているとともに、機関の爆発行程時にはコンロッドがピ
ストンの軸心に対しクランクシャフト回転方向に傾斜す
ることにより、爆発行程時の往復運動部品にサイドフォ
ースが作用し、これによってフリクションロスが増大す
る不具合があった。つまり、爆発行程時には往復運動部
品に燃焼ガス圧力と往復運動部品の慣性力との合成力が
作用するが、クランクシャフトが傾斜するので合成力に
ピストンの往復運動方向に対する分力としてのサイドフ
ォースが含まれることとなリ、このサイドフォースがピ
ストンやコンロッド等の往復運動部品をねじり曲げる方
向に作用し、これによりフリクションロスが増大し、機
関出力が低ドする不共合があった。

そこで本発明では、Ｌ記爆発行程時に発生するサイドフ
ォース分を、コンロットの軸線と略平行に燃焼ガス圧力
が作用するピストン形状に形成して打消すことにより、
フリクションロスを低減し、機関出力の増大を図った内
燃機関のピストンを提供することを目的とする。

（問題点の解決手段） 本発明のピストンは、その頭頂部が傾斜面に形成され、
この傾斜面は、燃焼室からクランク室に向うに従って、
爆発行程時にコンロッドが傾斜する側からその反対側に
亘り所定の角度で傾斜するよう形成されている。

（実施例） 以ドに本発明の一実施例を添付図面に基づき説明する。

第１図は本実施例における内燃機関のピストン等を概略
的に示す縦断面図である。第１図において、（１）はシ
リンダ、（２）は燃焼室、（３）はピストン、（４）は
コンロット、（５）はクランクシャフトである。

本実施例のピストン（３）は、第１図に小すように、シ
リンダ（１）内に往復摺動ｎｌ能に挿入されており、コ
ンロッド（４）を介してクランクシャツ１（５）は連結
されている。また、ピストン（３）の頭頂部（３ａ）は
、爆発行程時において、コンロット（４）が偏倚、即ち
傾斜する側からその反対側に目り、燃焼室側からクラン
ク室側に向うに従い傾斜する傾斜面に形成されている。

つまり、爆発行程時に、傾斜するコンロッド（４）の軸
心方向に燃焼ガス圧力Ｐｇが作用するように、ピストン
（３）の頭頂部（３ａ）が所定角度Ｘ°傾斜して形成さ
れており、したがってシリンダ（＋）に接触するピスト
ン（３）の摺接面の高さが、コンロット（４）の偏倚側
で長くなった構造である。

このようなピストン（３）においては、機関の爆発行程
時には、燃焼ガス圧力Ｐｇはピストン（３）の頭頂部（
３ａ）に対し直角に作用するため、第２図に示すように
、ピストン（３）の摺動方向、即ち軸心方向にはＰｇｘ
なる分力を、これに直交する方向にはＰｇｙなる分力を
生ずる。

ここで、頭頂部（３ａ）の傾斜角度をｘｏ、その面積を
Ａとすると、上記の分力Ｐｇｘ、Ｐｇｙは、Ｐｇｘ＝Ｐ
ｇ・Ｃｏ５Ｘ　　　・・・・・・・・・・・・・・・−
・・（１）ＰｇＹ＝Ｐｇ＊５ｉｓｘ　　　・・・・・・
・・・・・・・−・・・・（２）となる。

・力、ピストン（３）やコンロッド（４）等の往復運動
部品の慣性力を−Ｆとすると、燃焼ガス圧力と慣性力−
Ｆとの合成力Ｐは、 Ｐ＝　（Ｐｇｘ−１，０）・Ａ＋（−Ｆ）・・・（３）
となる。

次に合成力ＰのサイドフォースＰｓを求めると、第３図
に示すように、サイドフォースＰｓは燃焼ガス圧力Ｐｇ
の分力ｐｇｙが作用するため、Ｐ　ｓ　＝　Ｐ　ｅ　ｔ
ａｎφ−（Ｐｇｙ−１，０）−Ａ・（４）として得られ
る。但し、φはピストン（３）の軸心方向とコンロッド
（４）のなす角度である。

また、コンロッド（４）の圧縮力はＰ／ｃｏｓ　θとな
ることから、クランクシャフト（５）の回転力りは、 として得られ、ピストン（３）の速度をυとすると、ピ
ストン（３）のＰυ値は、 ＰＶＳ＝Ｐｓ・υ となり、これらのクランクシャフト（５）の１回転につ
いて積分した値Ｈ，Ｓは、 Ｈ＝ｆ２ｆｃＤ＠ｄｆ１ ２π ５＝ｆｏ　ＩＰＶｓＩ・ｄＯ となる、但し、θはコンロッド大端部とクランクシャフ
ト軸心とを結ぶ線分Ｒが、ピストン（３）の軸心となす
角度であり、Ｌはコンロッド長である。

ここで、機関による馬力ＩＮＤＨＰとピストン摩擦によ
る損失馬力ＰＰ５Ｆとを求めると、ＩＮＤＨＰ＝Ｈ＠Ｒ
ｅ２πａＮｅ＊Ｃ ＰＰ５Ｆ＝Ｓ　ｅ　ｇｏ　Ｎｅ　＊　Ｃ’として得られ
る。但し、Ｎｅはエンジン回転数、終は摩擦係数、ｃ、
ｃ’は単位系による比例定数である。

そして、クランクシャフト（５）から実質的な動力とし
て得られる軸出力Ｔは、 Ｔ＝　Ｉ　ＮＤＨＰ−ＰＰＳＦ　　　・・・（５）とな
る。

このように、上記（４）式に示すサイドフォースＰｓは
、上記（２）式に示すピストン頭頂部（３ａ）の傾斜角
度Ｘ°に依存しているため、（５）式に示す軸出力Ｔを
最大に得るには、損失馬力ＰＰ５Ｆが機関馬力Ｉ　ＮＤ
ＨＰに対し小さくなるように、重量とエンジン回転数に
依存する慣性力や、燃焼ガス圧力の大きさ、ピストン（
３）やクランクシャフト系の〈ｊ−法に応じて、ピスト
ン（３）の頭頂部（３ａ）の傾斜角度Ｘ°を設定するこ
とにより、ピストン（３）のフリクションロスを軽減す
ることが可能となる。

したがって、ピストンの頭頂部の傾斜角度ｘ″は、Ｏ＠
くｘ″≦φ鵬ａｘ　　（φｗａｘはコンロッドの最大傾
斜角度）でその効果が得られる。

この結果、往復運動部品のフリクションロスが低減する
ので、機関出力を増大することができた。

（発明の効果） 以上の説明で明らかな如く本発明によれば、ピストンの
フリクションロスを低減することが可能となるので、機
関出力を向上することができるとともに、ピストンの摩
耗を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例に係り、第１図
はピストン等の往復運動部品を示す概略断面図、第２図
はピストンに作用する燃焼ガス圧力の概略説明図、第３
図は燃焼ガス圧力と慣性力との合成力の概略説明図であ
る。 図面中、 （１）・・・シリンダ、 （２）・・・燃焼室、 （３、３ａ）・・・ピストンおよびその頭頂部、（４）
・・・コンロッド、 （５）・・・クランクシャフト、 Ｘ　・・・ピストン頭頂部の傾斜角度 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダ内に往復動自在に挿入されたピストンが、コン
   ロッドを介してクランクシャフトに連結された内燃機関
   において、前記ピストンの頭頂部を、燃焼室からクラン
   ク室に向うに従い、爆発行程時に前記コンロッドが傾斜
   する側からその反対側に亘って傾斜する傾斜面に形成し
   たことを特徴とする内燃機関のピストン。