JPH08312454A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンの耐久性を高める。 【構成】 ピストン１の頂面４上に凹部５を形成する。
凹部５のうちピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌ方向に関す
る凹部５の幅が最も長い最長幅部６をピストン１の軸線
Ｍ−Ｍから、ピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに対しほぼ
垂直をなす方向に、燃料噴射弁３に向けて偏心させ、す
なわち最長幅部６を平面Ｋ−Ｋ上に配置する。ピストン
１の頂部をシリンダヘッド内壁面に向けて尖らせて形成
し、それにより凹部５周りの頂部であるリップ部７にピ
ストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに対し平行に延びる先端部
８を形成する。先端部８を最長幅部６周りのリップ部７
上に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のピストンに関
する。

【０００２】

【従来の技術】図６および図７に示されるように、ピス
トン１′の頂部を尖らせることにより頂部にピストンピ
ン穴２′の軸線Ｌ′−Ｌ′に対しほぼ平行に延びる先端
部８′を形成してピストン１′の頂面４′を先端部８′
から下方に傾斜する一対の傾斜面４ａ′，４ｂ′から形
成し、頂面４′上に凹部５′を形成し、凹部５′のうち
ピストンピン穴２′の軸線Ｌ′−Ｌ′方向に関する凹部
５′の幅が最も長い最長幅部６′をピストン１′の軸線
Ｍ′−Ｍ′から、ピストンピン穴２′の軸線Ｌ′−Ｌ′
に対しほぼ垂直をなす方向に偏心させて配置し、先端部
８′をピストン１′の軸線Ｍ′−Ｍ′上に形成した内燃
機関のピストン１′が公知である（実開平４−１８７８
４０号公報参照）。図６および図７に示される例では、
ピストンピン穴２′の軸線Ｌ′−Ｌ′がピストン１′の
軸線Ｍ′−Ｍ′上に位置するようにピストンピン穴２′
が配置されている。

【０００３】このような内燃機関において、シリンダヘ
ッド内壁面（図示しない）にはピストンピン穴２′の軸
線Ｌ′−Ｌ′に対し平行に延びる凹部が形成されてお
り、したがってシリンダヘッド内壁面は下方に傾斜する
一対の傾斜面から形成されることになる。これら一対の
傾斜面のうち一方の傾斜面上に一対の吸気弁が配置さ
れ、他方の傾斜面上に一対の排気弁が配置される。この
場合、シリンダヘッド内壁面上の凹部に対応する形状を
なす先端部８′をピストン１′の頂部に設けることによ
ってピストン１′が上死点にあるときの燃焼室の容積が
小さくされる。なお、ピストン１′の頂面４′とシリン
ダヘッドの内壁面とによっても燃焼室が画定されるが、
ピストン１′に形成された凹部５′は主燃焼室を構成す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、機関の爆発
行程が行われるとピストン１′の頂面４′には燃焼圧に
よる機械的応力と、燃焼熱による熱的応力との両方が作
用する。すなわち、ピストン１′の頂面４′に燃焼圧が
作用するとこの燃焼圧によって凹部５′の開口が拡げら
れる。この場合ピストン１′に作用する圧力はピストン
１′の中央部に位置するピストンピンにより支持される
ので凹部５′がピストンピン穴２′に対し垂直をなす方
向に拡げられることになる。このため、図６において実
線の矢印でもって示されるように、凹部５′周りの頂部
からなるリップ部７′のうち最長幅部６′周りのリップ
部７′に周方向の引張り応力が作用することになる。

【０００５】一方、燃焼熱によりピストン１′が受けた
熱の多くはピストンリングのうち最も燃焼室に近いトッ
プリングを介してシリンダボア壁面に放熱される。その
結果、トップリング周りのピストンの頂部、すなわちリ
ップ部７′に図６において破線の矢印でもって示される
ように周方向の引張り張力が作用することになる。した
がって、最長幅部６′周りのリップ部７′には機械的な
引張り応力と、熱的な引張り応力との両方が作用するこ
とになる。その結果最長幅部６′周りのリップ部７′に
亀裂が生じやすくなるという問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、ピストンの頂部を尖らせることによ
り該頂部にピストンピン穴の軸線に対しほぼ平行に延び
る先端部を形成してピストンの頂面を先端部から下方に
傾斜する一対の傾斜面から形成し、該頂面上に凹部を形
成し、該凹部のうちピストンピン穴の軸線方向に関する
凹部の幅が最も長い最長幅部をピストンの軸線から、ピ
ストンピン穴の軸線に対しほぼ垂直をなす方向に偏心さ
せて配置した内燃機関のピストンにおいて、上記先端部
を上記最長幅部周りの頂部に形成している。

【０００７】

【作用】先端部を最長幅部周りの頂部に形成しているの
で補強部材などの部材を追加することなく最長幅部周り
の頂部の剛性が高められる。

【０００８】

【実施例】以下では、本発明を筒内直接噴射火花点火式
内燃機関用のピストンに適用した場合について説明す
る。図１から図３までを参照すると、円形断面を有する
ピストン１はピストンピン（図示しない）を収容するた
めのピストンピン穴２を備えており、ピストン１はピス
トンピンによりコンロッド（図示しない）に連結され
る。本実施例では、ピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌがピ
ストン１の軸線Ｍ−Ｍ上に位置するようにピストンピン
穴２が配置されている。なお、図１および図３において
平面Ｎ−Ｎはピストン１の軸線Ｍ−Ｍを通りかつピスト
ンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに対し垂直をなす垂直面を表し
ている。

【０００９】軸線Ｌ−Ｌと軸線Ｍ−Ｍとの両方を含んで
拡がる平面の一側、すなわち例えば図１および図２にお
いて左側に位置するシリンダヘッド内壁面上には一対の
吸気弁（図示しない）が垂直面Ｎ−Ｎに関し対称的に配
置され、この平面の他側、すなわち例えば図１および図
２において右側に位置するシリンダヘッド内壁面上には
一対の排気弁（図示しない）が垂直面Ｎ−Ｎに関し対称
的に配置される。また、図１に示されるように垂直面Ｎ
−Ｎ上であって吸気弁が配置された側に位置するシリン
ダヘッド内壁面上に燃料噴射弁３が配置される。さら
に、ピストン１の軸線Ｍ−Ｍ上に位置するシリンダヘッ
ド内壁面上に点火栓（図示しない）が配置される。

【００１０】図１および図２に示されるように、ピスト
ン１の頂面４上には凹部５が形成される。この凹部５
は、凹部５のうちピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌ方向に
関する凹部５の幅が最も長い最長幅部６がピストン１の
軸線Ｍ−Ｍから、ピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに対し
ほぼ垂直をなす方向に、燃料噴射弁３に向けて偏心され
て配置されている。云い換えると、凹部５の最長幅部６
が、垂直面Ｎ−Ｎに対し垂直でありかつ軸線Ｍ−Ｍから
燃料噴射弁４に向けて偏心された平面Ｋ−Ｋ内に配置さ
れる。本実施例では、燃焼室内の点火栓周りの限定され
た領域内に点火可能な混合気を形成すると共に燃焼室内
のその他の領域を空気または空気およびＥＧＲガスによ
り満たすようにして混合気を点火栓により点火すること
が可能であるが、ピストン１の頂面４上に凹部５を設け
て燃料噴射弁３からこの凹部５の内壁面に向けて燃料を
噴射すると点火栓周りに点火可能な混合気を良好に形成
することができる。なお、凹部５周りにおいて環状をな
すピストン１の頂部７をリップ部と称することにする。
また、ピストン１の頂面４とシリンダヘッドの内壁面と
によっても燃焼室が画定されるが、凹部５は主燃焼室を
構成する。

【００１１】さらに、ピストン１はその頂部がシリンダ
ヘッド内壁面に向けて尖らせて形成されており、このた
めピストン１の凹部５以外の頂部、すなわちリップ部７
にはピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに対し平行に延びる
先端部８が形成される。このようにピストン１の頂部に
先端部８が形成された場合、ピストン１の頂面４は先端
部８から下方に傾斜する一対の傾斜面４ａ，４ｂから形
成されることになる。本実施例において、シリンダヘッ
ド内壁面にはピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに対し平行
に延びる凹部が形成されており、したがってシリンダヘ
ッド内壁面は下方に傾斜する一対の傾斜面から形成され
ることになる。これら一対の傾斜面のうち一方の傾斜面
上に上述した一対の吸気弁が配置され、他方の傾斜面上
に一対の排気弁が配置される。この場合、シリンダヘッ
ド内壁面上の凹部に対応する形状をなす先端部８をピス
トン１の頂部に設けることによってピストン１が上死点
にあるときの燃焼室の容積を小さくすることができる。
特に本実施例では、図１および図２に示されるように先
端部８は凹部５の最長幅部６周りのリップ部７に形成さ
れ、正確に云うと平面Ｋ−Ｋ上に配置される。なお、傾
斜面４ａ，４ｂは図３からわかるようにわずかに窪んで
いる。

【００１２】さらに、ピストン１の周面にはピストンリ
ングを受容するための環状のリング溝９ａ，９ｂ，９ｃ
が軸線Ｍ−Ｍ方向に互いに離間して設けられる。リング
溝９ａ内には例えば金属製のトップリングが受容され、
リング溝９ｂ内には例えば金属製のセカンドリングが受
容され、ピストン１からはこれらトップリングおよびセ
カンドリングを介してシリンダボア壁面に放熱される。
リング溝９ｃ内には例えば樹脂製のオイルリングが受容
される。オイルリングはシリンダボア壁面のエンジンオ
イルを掻き落とすよう作用する。またこれらピストンリ
ングは燃焼室内の燃焼ガスが燃焼室の外部に漏れるのを
阻止するよう作用する。

【００１３】トップリングのためのリング溝９ａよりも
上方に位置するピストン１の周面１０の幅であって軸線
Ｍ−Ｍ方向に関する幅Ｈは先端部８が設けられた平面Ｋ
−Ｋ上において最大となっており、垂直面Ｎ−Ｎに近づ
くにつれて小さくなり、垂直面Ｎ−Ｎ上において最小と
なる。この周面１０の幅Ｈは軸線Ｍ−Ｍ方向に関するリ
ップ部７の厚みを表している。したがって、先端部８が
設けられた平面Ｋ−Ｋ上においてリッブ部７の厚みが最
大になっていることになる。

【００１４】ところで、機関の爆発行程が行われると図
６を参照して上述したようにピストン１には機械的応力
と熱的応力との両方が作用し、その結果最長幅部６周り
のリップ部７に大きな引張り応力が作用することにな
る。本実施例では最長幅部６周りのリップ部７に先端部
８が形成されており、その結果最長幅部６周りのリップ
部７の厚みが大きくされているので最長幅部６周りのリ
ップ部７の剛性が図６および図７の例に比べて大きくさ
れている。したがって、ピストン１に機械的応力と熱的
応力との両方が作用しても最長幅部６周りのリップ部７
に亀裂が生ずるのを阻止することができ、斯くしてピス
トン１の耐久性を向上することができる。

【００１５】また、上述したようにピストン１が受けた
熱の大部分はピストン１の頂面４からトップリングを介
してシリンダボア壁面に放熱される。この場合、ピスト
ン１の頂面４とトップリング間に位置するピストン１の
熱容量が大きいピストン部分程そのピストン部分を通過
する熱の熱流束が小さくなり、熱流束が小さくなるにつ
れて周方向の引張り応力が小さくなる。本実施例におい
て、最長幅部６周りのリップ部７には先端部７が形成さ
れてその厚みが大きくされている。このため、最長幅部
６周りのリップ部６の熱容量が大きくされていることに
なるので最長幅部６周りのリップ部７を通過する熱の熱
流束が小さくされ、その結果ピストン１が受ける燃焼熱
によって最長幅部６周りの各リップ部７に作用する引張
り応力が低減される。したがって、最長幅部６周りの各
リップ部７に亀裂が生ずるのをさらに阻止することがで
きる。

【００１６】一方、垂直面Ｎ−Ｎ周りの各リップ部７の
厚さは小さくされているので垂直面Ｎ−Ｎ周りのリップ
部７を通過する熱の熱流束が大きくされ、その結果燃焼
熱によって垂直面Ｎ−Ｎ周りのリップ部７に作用する引
張り応力が大きくされる。ところが、ピストン１に機械
的応力が作用して最長幅部６周りのリップ部７に引張り
応力が作用した場合、垂直面Ｎ−Ｎ周りのリップ部７に
は比較的大きな圧縮応力が作用している。したがって燃
焼熱によって垂直面Ｎ−Ｎ周りのリップ部７に作用する
引張り応力が大きくされるとこの引張り応力によって機
械的応力による圧縮応力を打ち消すことができる。その
結果ピストン１に作用する応力を小さくすることができ
ることになり、斯くしてピストン１が破損するのを阻止
することができる。

【００１７】最長幅部６周りのリップ部７の剛性を高め
るためには例えば補強部材を最長幅部６周りのリップ部
に取付けることによっても達成されうる。これに対し、
本実施例ではリップ部７に補強部材を設けることなく最
長幅部６周りのリップ部７の剛性を高めており、したが
って部品点数が増加されない。また、補強部材を設ける
ことによるピストン１の重量増加も阻止される。

【００１８】図４および図５に別の実施例を示す。この
実施例において図１から図３までの実施例と同様の構成
要素は同一の番号で示している。図４および図５を参照
すると、凹部５のうちピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌ方
向に関する凹部５の幅が最も長い最長幅部６がピストン
１の軸線Ｍ−Ｍから、ピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに
対しほぼ垂直をなす方向に偏心されて配置されている。
しかも、凹部５のうち垂直面Ｎ−Ｎ方向に関する凹部５
の幅が最も長い最長幅部１２がピストン１の軸線Ｍ−Ｍ
から、ピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌに対しほぼ平行を
なす方向にも偏心されて配置されている。本実施例で
は、ピストン１の軸線Ｍ−Ｍに対しほぼ垂直の垂直面上
における凹部５の断面は円形状をなしており、したがっ
てこの円の中心Ｃが、垂直面Ｎ−Ｎに対し垂直でありか
つ軸線Ｍ−Ｍから燃料噴射弁４に向けて偏心された平面
Ｋ−Ｋと、垂直面Ｎ−Ｎに対し平行をなす平面Ｊ−Ｊと
の交点上に配置されることになる。また、先端部８は最
長幅部６周りのリップ部７、正確に云うと平面Ｋ−Ｋ上
に形成される。

【００１９】この実施例においても機関の爆発行程が行
われてピストン１に機械的および熱的応力が作用すると
最長幅部６周りのリップ部７に大きな引張り応力が作用
するが、最長幅部６周りのリップ部７には先端部８が形
成されているのでこの実施例においても最長幅部６周り
のリップ部７に亀裂が生ずるのが阻止される。その他の
ピストン１の構成および作用は図１から図３までを参照
して説明した実施例と同様であるので説明を省略する。

【００２０】これまで述べてきた実施例では、ピストン
ピン穴２の軸線Ｌ−Ｌがピストン１の軸線Ｍ−Ｍ上に位
置するようにピストンピン穴２が配置されている。しか
しながら、ピストンピン穴２の軸線Ｌ−Ｌがピストン１
の軸線Ｍ−Ｍから偏心するようにピストンピン穴２を形
成することもできる。

【００２１】

【発明の効果】先端部を最長幅部周りの頂部に形成する
ことによって最長幅部周りの頂部の剛性を高めることが
できるので最長幅部周りの頂部に亀裂が生ずるのを阻止
することができる。したがってピストンの耐久性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピストンの頂面図である。

【図２】図１の縦断面Ｎ−Ｎに沿ってみたピストンの断
面図である。

【図３】図１の矢印Ａの方向からみたピストンの側面図
である。

【図４】別の実施例によるピストンの頂面図である。

【図５】図４の縦断面Ｎ−Ｎに沿ってみたピストンの断
面図である。

【図６】好ましくない例を示すピストンの頂面図であ
る。

【図７】好ましくない例を示すピストンの断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ピストン ２…ピストンピン穴 ４…頂面 ５…凹部 ６…最長幅部 ７…リップ部 ８…先端部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの頂部を尖らせることにより該
   頂部にピストンピン穴の軸線に対しほぼ平行に延びる先
   端部を形成してピストンの頂面を先端部から下方に傾斜
   する一対の傾斜面から形成し、該頂面上に凹部を形成
   し、該凹部のうちピストンピン穴の軸線方向に関する凹
   部の幅が最も長い最長幅部をピストンの軸線から、ピス
   トンピン穴の軸線に対しほぼ垂直をなす方向に偏心させ
   て配置した内燃機関のピストンにおいて、上記先端部を
   上記最長幅部周りの頂部に形成したピストン。