JPH09177603A - 内燃機関のピストン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンスカート下部の剛性向上により、ス
ラップ時の首振りを低減し、リングシール性能を向上
し、ブローバイガスの低減、及びライナポリッシュ防止
による潤滑油消費量低減を図る。また、スラスト力をス
カート全域に支持させ、面圧の過多によるピストンスカ
ート１ｓの焼きつきを防止する。 【解決手段】 内燃機関のピストンをダクタイル鋳鉄に
より鋳造成形した構成において、ピストンピンボス外縁
部とピストンスカートとを連結する横ボスを、ピンボス
中心から上部にかけて配置すると共に、ピストンピンボ
ス下部とスカート下部を連結すべく２ヶ所に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ンをダクタイル鋳鉄で鋳造する場合の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鋳物により構成した内燃機関
のピストン構造に関する技術は公知とされている。例え
ば、実開昭６３−７４５６０号公報に記載の技術の如く
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は、ダクタイル鋳鉄の横ボスは、ピンボスｐの中心から
上部に掛けて１ヶ所に設けられていた。しかし、この構
成では、ピストンスカート１ｓの下部の剛性が小さく、
スラップ力を受けた時に変形が過大となり、首振りが大
きくなり、潤滑油が燃焼室に供給されて燃焼される潤滑
油消費量の発生率が高くなり、またこれによりブローバ
イガスの発生が多くなっていたのである。また、スラス
ト力に対してピストンスカート１ｓ中央から上方のみで
支持するので、面圧が過大となり焼きつきが発生し易い
という不具合があったのである。本発明の請求項１は、
潤滑油消費量やブローバイガスの低減及びピストン焼き
つきを防止する。

【０００４】また、従来の技術においては、横ボスｆは
ピストンスカート１ｓの上部から中央の範囲に設けられ
ていた。故に、ピストンスカート１ｓ下部の剛性が小さ
くスラップ力を受けた時に変形過大となり、首振りが大
きくなり、潤滑油消費量やブローバイガスの発生が多く
なるという不具合があった。またスラスト力に対してス
カート中央から上部のみで支持するので、面圧過大とな
り焼きつきが生じ易いという不具合があったのである。
本発明の請求項２は、これらを改善するものである。

【０００５】また、従来の技術においては、ダクタイル
鋳鉄のピストンのピストンスカートの部分の肉厚は、周
方向に一様であった。しかし、これでは、スラップ力を
受けた時にピストン支持に、効果の大きいスラスト断面
と、そうでないピン軸断面とが同一肉厚であり、適正な
剛性を有する構造となっていなかったのである。この為
にスカート肉圧が薄いと、スラスト断面付近が剛性不足
であるし、厚いと重量過大となるのである。本発明の請
求項３は、ダクタイル鋳鉄製ピストン１の重量を低減
し、潤滑油消費量を低減し、焼きつきを防止するもので
ある。

【０００６】また、従来のダクタイル鋳鉄製のピストン
においては、スカート部分の周方向リブは、全ての周方
向で一定の高さであった。しかし、このような従来の構
成では、スラップ力を受けた時の周方向リブ応力が、ス
ラスト断面で過大となり、強度上亀裂の発生危険があっ
たのである。また、スラップ力を受けた時のスラスト断
面のスカートの変形が大きいという不具合があったので
ある。本発明の請求項４は、この点を改善したものであ
る。

【０００７】また、従来の技術においては、ダクタイル
鋳鉄製ピストンのスカートは、ピンボスの上・下部のみ
で接合されており、ピンボスの中心付近は接合されてい
なかったのである。しかしこのような構成では、スラッ
プ力を受けた時のスラスト断面のスカートの変形が過大
となり、変形が大きいことによりピストンの首振りが大
きくなり、潤滑油消費量やブローバイガスが多くなると
いう不具合があったのである。本発明の請求項５は、こ
の点を改善するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。請求項１においては、内燃機関のピ
ストンをダクタイル鋳鉄により鋳造成形した構成におい
て、ピストンピンボス外縁部とピストンスカートとを連
結する横ボスを、ピンボス中心から上部にかけて配置す
ると共に、ピストンピンボス下部とスカート下部を連結
すべく２ヶ所に設けたものである。

【０００９】請求項２においては、内燃機関のピストン
をダクタイル鋳鉄により鋳造成形した構成において、ピ
ストンピンボス外縁部とピストンスカートとを連結する
横ボスの高さ方向範囲を、スカート上部からスカート下
部までの広範囲とし、スカート下部では横ボスとスカー
ト下部周方向リブと連結したものである。

【００１０】請求項３においては、内燃機関のピストン
をダクタイル鋳鉄により鋳造成形した構成において、ピ
ストンスカートの肉厚をスラスト断面から横ボスの間は
厚肉とし、横ボスからピン軸断面の間は薄肉となるよう
に、周方向に偏肉状態に構成したものである。

【００１１】請求項４においては、内燃機関のピストン
をダクタイル鋳鉄により鋳造成形した構成において、ピ
ストンスカートの周方向リブの断面形状をスラスト断面
では低く、横ボス位置では高くなるように周方向で変化
させたものである。

【００１２】請求項５においては、内燃機関のピストン
をダクタイル鋳鉄により鋳造成形した構成において、ピ
ストンスカートをピンボスのほぼ全周囲で接合させ、か
つピストンスカート部の周方向リブを、ピンボスと接合
出来るように、ピストンスカート高さの上部から下部に
掛けて複数個配置したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を説明す
る。図１は横ボスを上下にａ・ｂの２ヶ所に配置した構
成を示す平面断面図、図２は同じく横ボスを上下にａ・
ｂの２ヶ所に配置した構成を示す縦断面図、図３はピス
トンボス外縁部とピストンスカートとを連結する横ボス
の高さ方向範囲を、スカート上部からスカート下部まで
の広範囲とし、スカート下部では横ボスとスカート下部
周方向リブと連結した実施例の縦断面図、図４はピスト
ンスカートの肉厚をスラスト断面から横ボスの間は厚肉
とし、横ボスからピン軸断面の間は薄肉となるように、
周方向に偏肉状態に構成した実施例の縦断面図、図５は
同じく図４の平面断面図。

【００１４】図６はピストンスカートの周方向リブの断
面形状をスラスト断面では低く、横ボス位置では高くな
るように周方向で変化させた実施例の縦断面図、図７は
図６の平面断面図、図８は図１から図７の技術における
従来技術を示す縦断面図、図９は同じく図８の従来技術
の平面断面図、図１０はピストンスカートをピンボスの
ほぼ全周囲で接合させ、かつピストンスカート部の周方
向リブを、ピンボスと接合出来るように、ピストンスカ
ート高さの上部から下部に掛けて複数個配置した実施例
の縦断面図、図１１は図１０の平面断面図、図１２は図
１０と図１１の技術に対する従来の技術を示す図面、図
１３は図１２の平面断面図。

【００１５】図１４はピストンリングの中のインナカッ
トリングにおいて、カット部２ａのカット量を合い口側
Ａで大きく、反合い口側Ｂで小さく構成を示す平面図、
図１５は同じく側面断面図、図１６はインナカットリン
グが変形した状態を示す正面断面図、図１７はカット量
を合い口側Ａで大きく、反合い口側Ｂで小さく構成した
他の例を示す正面断面図、図１８は周方向におけるねじ
れ量の変化を示す図面、図１９はインナカットリングの
従来の構成を示す平面図、図２０は従来のインナカット
リングの正面断面図、図２１は従来のインナカットリン
グの変形状態を示す正面断面図である。

【００１６】図１と図２において、請求項１の発明を説
明する。ピストン１の上面にはシリンダーとの間で燃焼
室を構成する面が配置され、側面の全周にはピストンリ
ングを嵌入するピストンリング溝ｗと、オイルリングを
嵌入するオイルリング溝ｘが穿設されている。ピンボス
ｐよりも下方のピストン１はピストンスカート１ｓと称
されている。ピンボスｐの部分は、ピストンピンが嵌入
される部分である。該ピストンピンにコンロッドが枢結
される。

【００１７】図８と図９に示す従来技術の如く、従来
は、ダクタイル鋳鉄の横ボスｆは、ピンボスｐの中心か
ら上部に掛けて１ヶ所に設けられていた。しかし、この
構成では、ピストンスカート１ｓの下部の剛性が小さ
く、スラップ力を受けた時に変形が過大となり、首振り
が大きくなり、潤滑油が燃焼室に供給されて燃焼される
潤滑油消費量の発生率が高くなり、またこれによりブロ
ーバイガスの発生が多くなっていたのである。また、ス
ラスト力に対してピストンスカート１ｓ中央から上方の
みで支持するので、面圧が過大となり焼きつきが発生し
易いという不具合があったのである。

【００１８】本発明は、ピストンピンボス外縁部とピス
トンスカートとを連結する横ボスを、ピン中心から上部
にかけて配置すると共に、ピストンボス下部とスカート
下部を連結すべく２ヶ所に設けた。即ち、ダクタイル鋳
鉄製のピストンの構造において、ピンボスｐとスカート
１ｓを連結する横ボスを、ピンボスｐの中央の上部に掛
けて、従来の如く１ヶ所、横ボスａを設ける。これに加
えて、ピンボスｐの下部とスカート１ｓの下部を連結す
るように、別に１ヶ所の横ボスｂを設けて、合計２ヶ所
に横ボスａ・ｂを設けるのである。それぞれの横ボスａ
・ｂはスカート１ｓの周方向リブと連結させて剛性のア
ップを図っている。

【００１９】次に図３において、請求項２の発明を説明
する。図８と図９に示す、従来の技術においては、横ボ
スｆはピストンスカート１ｓの上部から中央の範囲に設
けられていた。故に、ピストンスカート１ｓ下部の剛性
が小さくスラップ力を受けた時に変形過大となり、首振
りが大きくなり、潤滑油消費量やブローバイガスの発生
が多くなるという不具合があった。またスラスト力に対
してスカート中央から上部のみで支持するので、面圧過
大となり焼きつきが生じ易いという不具合があったので
ある。本発明の請求項２は、これらを改善するものであ
る。

【００２０】即ち、ピンボスｐの外縁部とピストンスカ
ート１ｓとを連結する横ボスｃの高さ方向範囲を、スカ
ート１ｓ上部からスカート１ｓ下部までの広範囲とし、
スカート１ｓ下部では横ボスｃとスカート下部周方向リ
ブｓと連結したものである。

【００２１】次に図４と図５において、請求項３の発明
を説明する。図８と図９に示す、従来の技術において
は、ダクタイル鋳鉄のピストンのピストンスカートの部
分の肉厚は、周方向に一様であった。しかし、これで
は、スラップ力を受けた時にピストン支持に、効果の大
きいスラスト断面と、そうでないピン軸断面とが同一肉
厚であり、適正な剛性を有する構造となっていなかった
のである。この為にスカート肉圧が薄いと、スラスト断
面付近が剛性不足であるし、厚いと重量過大となるので
ある。

【００２２】本発明の請求項３は、ダクタイル鋳鉄製ピ
ストン１の重量を低減し、潤滑油消費量を低減し、焼き
つきを防止するものである。即ち、ピストンスカート１
ｓの肉厚を、図５に示すスラスト方向の断面図におい
て、通常の横ボスｆとｆの間の角度βの間は、厚肉スカ
ートｄに構成し、横ボスｆからピンボスｐ軸断面の間は
薄肉スカートｅとなるように、周方向に偏肉状態に構成
したものである。

【００２３】次に、図６と図７において、本発明の請求
項４について説明する。図８と図９に示す、従来の技術
においては、スカート部分の周方向リブは、全ての周方
向で一定の高さであった。しかし、このような従来の構
成では、スラップ力を受けた時の周方向リブ応力が、ス
ラスト断面で過大となり、強度上亀裂の発生危険があっ
たのである。また、スラップ力を受けた時のスラスト断
面のスカートの変形が大きいという不具合があったので
ある。本発明の請求項４は、この点を改善したものであ
る。

【００２４】請求項４においては、ピストンスカートの
スカート周方向リブ１ｆの断面形状を、図７に示すスラ
スト力が係る方向の断面図で、横ボスｆがスカート下部
周方向リブｓと連結される部分ｇの断面では高く、横ボ
スｆと横ボスｆの間の位置では低くなるように構成した
ものである。

【００２５】次に図１０と図１１において、請求項５の
発明を説明する。従来の技術である図１２と図１３にお
いては、ピストンスカート１ｓは、ピンボスの上・下部
のみで接合されており、ピンボスの中心付近は接合され
ていなかったのである。しかしこのような構成では、ス
ラップ力を受けた時のスラスト断面のスカートの変形が
過大となり、変形が大きいことによりピストンの首振り
が大きくなり、潤滑油消費量やブローバイガスが多くな
るという不具合があったのである。本発明の請求項５は
この点を改善するものである。

【００２６】請求項５においては、ピストンスカート１
ｓをピンボスのほぼ全周囲で接合させ、かつピストンス
カート部の周方向リブｋを、ピンボスｐと接合出来るよ
うに、ピストンスカート高さの上部から下部に掛けて、
ピストンスカート部の周方向リブｋとスカート下部周方
向リブｓの、複数個配置したものである。

【００２７】次に図１９・図２０・図２１において、イ
ンナカットリング２の従来技術の不具合を説明する。従
来は、カット部２ａのカット量が全周にわたり均一に構
成されていたのである。即ち、合い口側Ａ側のカット幅
Ｔａと、反合い口側Ｂの側のカット幅Ｔｂとが同一であ
り、合い口側Ａ側のカット高さＨａと反合い口側Ｂ側の
カット高さＨｂも同一である。故に、インナカットリン
グの合い口側Ａの捩れ角度Ｇａが小さく、反合い口側Ｂ
の捩れ角度Ｇｂが大きいのでインナカットリングにうね
りを生じる為に、筒内圧力の低い機関では、リングを下
面に抑え切れず、ガスのシール性や、油掻き性の悪化を
招き、潤滑油消費量やブローバイガスが増加するという
不具合があったのである。

【００２８】本発明においては、カット部２ａのカット
量を捩れ量の少なかった合い口側Ａでは大きくすること
で、捩れ量を大きくし、周方向で捩れ量が均一になるよ
うに構成したものである。これにより、リング下面のう
ねりが無くなって、下面内側がリング溝に均一にあた
り、ガスシール性、油掻き性能が向上し、ブローバイガ
スと潤滑油消費量の低減が可能となる。

【００２９】図１４・図１５・図１６に示す構成では、
合い口側Ａ側のカット幅Ｔａを、反合い口側Ｂ側のカッ
ト幅Ｔｂよりも大きく構成している。合い口側Ａ側のカ
ット高さＨａと、反合い口側Ｂ側のカット高さＨｂは同
じである。このように構成することにより、合い口側Ａ
側の捩れ角度Ｇａと、反合い口側Ｂ側の捩れ角度Ｇｂが
略同一となる。

【００３０】図１７と図１８に示す構成では、合い口側
Ａ側のカット高さＨａが、反合い口側Ｂ側のカット高さ
Ｈｂよりも大きく構成されている。この場合には、合い
口側Ａ側のカット幅Ｔａと、反合い口側Ｂ側のカット幅
Ｔｂとは同じである。これにより、合い口側Ａ側の捩れ
角度Ｇａと、反合い口側Ｂ側の捩れ角度Ｇｂが略同じと
なるのである。図１８は従来技術と、本構成の場合との
比較を示している。従来技術の捩れ量を示す線がＭであ
り、本発明の捩れ量を示す線がＮである。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。請求項１・請求項２の如
く構成したので、ピストンスカート１ｓ下部の剛性向上
により、スラップ時の首振りが低減出来るので、リング
シール性能が向上し、ブローバイガスの低減、及びライ
ナポリッシュ防止による潤滑油消費量低減が可能とな
る。また、スラスト力をスカート全域に支持するので、
面圧の過多によるピストンスカート１ｓの焼きつきを防
止できる。

【００３２】請求項３の如く構成したので、スラップ力
を受けた時のピストン支持に影響の大きいスラスト断面
から横ボスだけを剛性大とすることで、効果的な肉厚配
置とし、剛性大としながら重量増加を最低限度に抑える
ことが出来るのである。また、スラップ力作用時のスカ
ート変形が小さくなるので、ピストン首振りを低減し、
スカート面圧を均一化し、潤滑油消費量の低減と焼きつ
き防止を図ることができる。

【００３３】請求項４の如く構成したので、スラップ力
を受けた時のピストン剛性を増大することに影響の大き
いスカート下部周方向リブｓの応力を均一化して、応力
過多を回避することができる。またスラップを受けた時
のスカートのスラスト断面の変形を重量の増加無しで低
減できるのである。

【００３４】請求項５の如く構成したので、スカートの
剛性増大によりスラップ時のピストン１の首振りが低減
する。また首振り低減によりトップリンクのガスシール
性能が向上し、リング挙動が安定する。またトップリン
ク挙動が安定すると、潤滑油消費量やブローバイガスも
低減できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】横ボスを上下にａ・ｂの２ヶ所に配置した構成
を示す平面断面図。

【図２】同じく横ボスを上下にａ・ｂの２ヶ所に配置し
た構成を示す縦断面図。

【図３】ピストンボス外縁部とピストンスカートとを連
結する横ボスの高さ方向範囲を、スカート上部からスカ
ート下部までの広範囲とし、スカート下部では横ボスと
スカート下部周方向リブと連結した実施例の縦断面図。

【図４】ピストンスカートの肉厚をスラスト断面から横
ボスの間は厚肉とし、横ボスからピン軸断面の間は薄肉
となるように、周方向に偏肉状態に構成した実施例の縦
断面図。

【図５】同じく図４の平面断面図。

【図６】ピストンスカートの周方向リブの断面形状をス
ラスト断面では低く、横ボス位置では高くなるように周
方向で変化させた実施例の縦断面図。

【図７】図６の平面断面図。

【図８】図１から図７の技術における従来技術を示す縦
断面図。

【図９】同じく図８の従来技術の平面断面図。

【図１０】ピストンスカートをピンボスのほぼ全周囲で
接合させ、かつピストンスカート部の周方向リブを、ピ
ンボスと接合出来るように、ピストンスカート高さの上
部から下部に掛けて複数個配置した実施例の縦断面図。

【図１１】図１０の平面断面図。

【図１２】図１０と図１１の技術に対する従来の技術を
示す図面。

【図１３】図１２の平面断面図。

【図１４】ピストンリングの中のインナカットリングに
おいて、カット部２ａのカット量を合い口側Ａで大き
く、反合い口側Ｂで小さく構成を示す平面図。

【図１５】同じく側面断面図。

【図１６】インナカットリングが変形した状態を示す正
面断面図。

【図１７】カット量を合い口側Ａで大きく、反合い口側
Ｂで小さく構成した他の例を示す正面断面図。

【図１８】周方向におけるねじれ量の変化を示す図面。

【図１９】インナカットリングの従来の構成を示す平面
図。

【図２０】従来のインナカットリングの正面断面図。

【図２１】従来のインナカットリングの変形状態を示す
正面断面図。

【符号の説明】

１ ピストン １ｓ ピストンスカート ａ，ｂ，ｃ，ｆ 横ボス ｄ 厚肉スカート ｅ 薄肉スカート ｐ ピンボス ｓ スカート下部周方向リブ １ｆ 周方向リブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のピストンをダクタイル鋳鉄に
   より鋳造成形した構成において、ピストンピンボス外縁
   部とピストンスカートとを連結する横ボスを、ピンボス
   中心から上部にかけて配置すると共に、ピストンピンボ
   ス下部とスカート下部を連結すべく２ヶ所に設けたこと
   を特徴とする内燃機関のピストン構造。
2. 【請求項２】 内燃機関のピストンをダクタイル鋳鉄に
   より鋳造成形した構成において、ピストンピンボス外縁
   部とピストンスカートとを連結する横ボスの高さ方向範
   囲を、スカート上部からスカート下部までの広範囲と
   し、スカート下部では横ボスとスカート下部周方向リブ
   と連結したことを特徴とする内燃機関のピストン構造。
3. 【請求項３】 内燃機関のピストンをダクタイル鋳鉄に
   より鋳造成形した構成において、ピストンスカートの肉
   厚をスラスト断面から横ボスの間は厚肉とし、横ボスか
   らピン軸断面の間は薄肉となるように、周方向に偏肉状
   態に構成したことを特徴とする内燃機関のピストン構
   造。
4. 【請求項４】 内燃機関のピストンをダクタイル鋳鉄に
   より鋳造成形した構成において、ピストンスカートの周
   方向リブの断面形状をスラスト断面では低く、横ボス位
   置では高くなるように周方向で変化させたことを特徴と
   する内燃機関のピストン構造。
5. 【請求項５】 内燃機関のピストンをダクタイル鋳鉄に
   より鋳造成形した構成において、ピストンスカートをピ
   ストンピンボスのほぼ全周囲で接合させ、かつピストン
   スカート部の周方向リブを、ピンボスと接合出来るよう
   に、ピストンスカート高さの上部から下部に掛けて複数
   個配置したことを特徴とする内燃機関のピストン構造。