JPH0989105A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高負荷運転時におけるスラスト側側壁と反ス
ラスト側側壁の過大な変形を規制する。スカート部に形
成するスリットを充分に深く設定できるようにして、ス
ラップ音や、ピストン、シリンダ間の摺動抵抗を低減す
る 【解決手段】 スカート部２４に、下端からピストン冠
部２２に向かう二対のスリット２６を切り込み形成す
る。スカート部２４をスリット２６によってスラスト側
側壁２７及び反スラスト側側壁２８とピンボス側側壁２
９とに分離させる。ピンボス側側壁２９の下端近傍に、
スラスト側側壁２７と反スラスト側側壁２８の変形を規
制する肉厚部３１を設ける。スリット２６を深く入れて
も、高負荷運転時に、ピストン２１がある設定角度以上
に傾斜しようとすると、肉厚部３１がスラスト側側壁２
７と反スラスト側側壁２８の変形を規制し、それ以上の
傾斜が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、往復動式の内燃機
関に用いられるピストンに関するもので、とりわけ、ス
ラップ音と摺動抵抗の低減を図ることのできる内燃機関
用ピストンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】往復動式の内燃機関は、ピストンに作用
するガス圧力がコンロッドとクランクシャフトを介して
回転運動に変換される。

【０００３】この種の内燃機関において、ピストンは、
シリンダに対して若干の隙間をもって収容されるが、そ
のピストンには機関運転中にコンロッドの傾斜に伴う側
圧が働くため、その側圧によってピストンがシリンダ内
壁に激しく衝突して所謂スラップ音を発生したり、ピス
トンとシリンダ内壁の間の衝動抵抗が増大するといった
問題を生じ易い。

【０００４】このため、これに対処すべく内燃機関用ピ
ストンとして、従来、例えば、実開昭５６−１３３９４
０号公報に示されるようなものが案出されている。

【０００５】この内燃機関用ピストンは、図９，図１０
に示すように（図中ピストンは符号１で示すものとす
る。）、ピンボス部２の下方に位置されるスカート部３
に、その下端からピストン冠部４に向かう二対のスリッ
ト５が周方向に離間して切り込み形成されており、この
二対のスリット５によってスカート部３の下端がスラス
ト側側壁６及び反スラスト側側壁７とピンボス側側壁
８，９とに分離され、それによってスカート部３の下端
のうちのスラスト・反スラスト側部分の剛性が低められ
ている。尚、スラスト側とは内燃機関の膨張工程時にピ
ストン１が押し付けられる側のことを言い、反スラスト
側とはスラスト側と逆の側のことを言うものとする。

【０００６】このピストン１は上記のような構成である
ため、図１０に示すようにピストン１が傾斜を伴ってシ
リンダ１０のスラスト側または反スラスト側の内壁に押
し付けられると、同図中の鎖線ａで示すように最初にス
カート部３下端の低剛性のスラスト側側壁６（反スラス
ト側側壁７）がシリンダ１０の内壁に当接し、そのとき
に、ピストン１とシリンダ１０の内壁との衝突衝撃を緩
和すると共に、両者の間の接触圧を低減する。したがっ
て、このピストン１によれば、所謂スラップ音を低減す
ることができると共に、ピストン１とシリンダ１０の内
壁の間の摺動抵抗を低減して内燃機関の燃費の向上を図
ることができる。尚、図１０中において、１１はコネク
ティング・ロッドを示し、１２はクランクシャフトを示
すものとする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の内
燃機関用ピストン１の場合、スラップ音と、ピストン
１、シリンダ１０間の摺動抵抗をある程度低減できるよ
うにはなるものの、以下のような理由によりスリット５
を充分に深くしてスラスト側，反スラスト側側壁６，７
の上部側の剛性を低くすることができず、そのために未
だ充分に満足できる結果が得られていない。

【０００８】即ち、上記従来のピストン１において、ス
リット５の切り込み量をある程度以上に深くした場合、
スカート部３全体の剛性低下のために高負荷運転時にピ
ストン１上端側の挙動を充分に抑制できなくなり、例え
ば、圧縮工程から膨張工程に移行する際に、上死点直前
でスカート部３の下端がシリンダ１０のスラスト側内壁
に当接すると、スラスト側側壁６（反スラスト側側壁
７）の剛性低下によりピストン１の傾斜角度が過度に大
きくなり、その結果剛性の高いピストン１上部（スカー
ト部３上端，ピストン冠部４）が図１０の点線ｂで示す
ようにシリンダ１０の反スラスト側の内壁に衝突し、さ
らに上死点直後にピストン１の姿勢が立て直された時に
その反動でピストン１の上部がシリンダ１０のスラスト
側の内壁に衝突することになる。このため、上記従来の
ピストン１にあっては、スカート部３に形成するスリッ
ト５を充分に深くすることができなかった。

【０００９】そこで本発明は、高負荷運転時におけるス
ラスト側側壁と反スラスト側側壁の過大な変形を規制す
ることで、スカート部に形成するスリットを充分に深く
設定できるようにして、スラップ音や、ピストン、シリ
ンダ間の摺動抵抗を確実に低減することのできる内燃機
関用ピストンを提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段として、請求項１の発明は、スカート部に、
その下端からピストン冠部に向かう二対のスリットが切
り込み形成され、この二対のスリットによってスカート
部がスラスト側側壁及び反スラスト側側壁とピンボス側
側壁とに分離されて成る内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピンボス側側壁のうちのスラスト側側壁と反スラス
ト側側壁に各隣接する部位の下端近傍に、スラスト側側
壁と反スラスト側側壁の変形を規制する肉厚部を設け、
前記二対のスリットを充分に深く切り込み形成してもピ
ストンがある設定角度以上に傾斜することのないように
した。

【００１１】また、請求項２の発明は、さらに前記スラ
スト側側壁と反スラスト側側壁の肉厚を、スカート部の
下端からピストン冠部に向かって漸次肉厚に形成し、前
記二対のスリットを充分に深く形成した場合にも、スラ
スト側側壁と反スラスト側側壁の上部側の肉厚部分がピ
ンボス側側壁の肉厚部と共働してピストンの傾斜を確実
に規制するようにした。スラスト側側壁と反スラスト側
側壁の肉厚がスカート部の下端からピストン冠部に向か
って漸次増大するため、ピストンの傾斜に伴ってスラス
ト側側壁または反スラスト側側壁がシリンダの内壁に当
接したときには、その入力荷重はスカート部の下端から
ピストン冠部に向かって滑らかに移動する。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
を図１〜図６に基づいて説明する。

【００１３】図面において、２１は、本発明にかかる内
燃機関用ピストンであり、２２は、外周に複数個のリン
グ溝２３が形成されたピストン冠部、２４は、ピストン
冠部２２の下方に延設された略円筒状のスカート部、２
５は、スカート部２４の上端内周側に互いに対向するよ
うに延設された一対のピンボス部である。この両ピンボ
ス部２５には、コネクティング・ロッド（図示せず。）
の一端に支持されたピストンピン（図示せず。）が挿通
され、ピストン２１の往復運動をコネクティング・ロッ
ドを介してクランクシャフト（図示せず。）の回転運動
に変換するようになっている。

【００１４】前記スカート部２４は、その周域に下端か
らピストン冠部２２に向かう二対のスリット２６が切り
込み形成されていて、これらのスリット２６によってス
ラスト側側壁２７及び反スラスト側側壁２８と一対のピ
ンボス側側壁２９とに分離されている。そして、各スリ
ット２６は、スラスト側側壁２７と反スラスト側側壁２
８が下端からピストン冠部２２に向かって次第に幅広に
なるように、ピストン２１の軸線に対して所定角度傾斜
して形成されており、その切り込み深さはその端部がピ
ンボス部２５の上端を越えるような充分な深さになって
いる。

【００１５】ここで、前記スラスト側側壁２７と反スラ
スト側側壁２８は、前述のようにその下端からピストン
冠部２２に向かって漸次幅広に形成される共に、その肉
厚も下端からピストン冠部２２に向かって漸次肉厚に形
成されている。これに対し、各ピンボス側側壁２９は、
その下端が円弧状に切り欠かれると共に、スラスト側側
壁２７及び反スラスト側側壁２８に夫々隣接する部位
（周方向両側の部位）の下端近傍に、その内周面に沿っ
て所定厚みのリブ３０が設けられている。このリブ３０
が設けられた部分は本発明における肉厚部３１を成す部
分で、この肉厚部３１の厚みＴ₁は、スラスト側及び反
スラスト側側壁２７，２８の同位置における厚みＴ₂よ
りも厚く設定されている（Ｔ₁＞Ｔ₂）。また、前記スラ
スト側側壁２７と反スラスト側側壁２８は、その下端側
が径方向外側に若干拡径して形成されており、機関運転
時に、この部分がシリンダ３２のスラスト側と反スラス
ト側の内壁に他の部分に優先して当接するようになって
いる。

【００１６】尚、このピストン２１においては、ピンボ
ス部２５のピン孔２５ａの中心Ｏ’をピストン２１の中
心Ｏに対してスラスト側に若干偏心させた所謂オフセッ
ト・ピン構造となっている。

【００１７】以上の構成において、内燃機関の運転が行
われると、ピストン２１は圧縮工程から膨張工程に移行
する際に、上死点の直前でそのスカート部２４の下端
（スラスト側側壁２７）がスラスト側に傾斜し、その後
クランクシャフトの回転が進むにつれて、図６に示すよ
うに、そのスカート部２４の下端がシリンダ３２の内壁
に当接することになる。ここで、ピストン２１はスリッ
ト２６を充分に深く形成することによってスラスト側側
壁２７全体の剛性を充分に低く設定してあるため、この
ときに、スラスト側側壁２７が柔軟に変形してシリンダ
３２の内壁との衝突衝撃を充分に緩和する。このピスト
ン２１の場合、スラスト側側壁２７は肉厚及びその幅が
下端からピストン冠部２２側に向かって漸次増大するよ
うに形成されているため、シリンダ３２の内壁に衝突し
た際の入力荷重は、剛性の低いその下端側から剛性の高
いピストン冠部２２側に向かって滑らかに移動し、その
結果、シリンダ３２の内壁との衝突衝撃はよりスムーズ
に緩和されることになる。また、このときピストン２１
はそのスカート部２４の剛性が低く面積の小さなスラス
ト側側壁２７部分でシリンダ３２の内壁に摺接するた
め、ピストン２１、シリンダ３２間の摩擦抵抗は極めて
小さくなる。

【００１８】ここで、内燃機関が低負荷運転状態にある
場合には、ピストン２１は上記のようにして衝突衝撃を
緩和すると共に、上死点を越えたところでピストン冠部
２２側がシリンダ３２のスラスト側の内壁に向かって滑
らかに移動してピストン２１の姿勢を立て直す。

【００１９】また、内燃機関が高負荷運転状態にある場
合には、ピストン２１はシリンダ３２の内壁との衝突衝
撃を基本的に上記のようにして緩和するが、スラスト側
側壁２７の変形量の増大によってピストン２１がある角
度まで傾斜すると、図６に示すように、両側のピンボス
側側壁２９の肉厚部３１がシリンダ３２の内壁に当接す
るようになると共に、スラスト側側壁２７のピストン冠
部２２側の肉厚部分がシリンダ３２の内壁に当接するよ
うになり、それ以上のスラスト側側壁２７の変形が規制
されるようになる。このため、ピストン２１はそれ以上
に傾斜することがなくなり、剛性の高いピストン冠部２
２がシリンダ３２の反スラスト側の内壁に衝突すること
がなくなる。また、このようにピストン冠部２２が反ス
ラスト側の内壁に衝突しなくなるため、その反動でピス
トン２１の姿勢立て直し時にピストン冠部２２がシリン
ダ３２のスラスト側の内壁に衝突することもなくなる。

【００２０】以上ではスカート部２４のスラスト側側壁
２７がシリンダ３２の内壁に当接する場合について説明
したが、スカート部２４の反スラスト側側壁２８がシリ
ンダ３２の内壁に当接する場合には、反スラスト側側壁
２８が上記のスラスト側側壁２７とまったく同様に機能
する。

【００２１】尚、本発明の実施の形態は以上で説明した
ものに限るものでなく、例えば、上記の形態において
は、スリット２６を傾斜させてスラスト側側壁２７と反
スラスト側側壁２８を、その幅が下端からピストン冠部
２２側に向かって漸次増大するように形成したが、スリ
ット２６の角度を変えることにより、スラスト側側壁２
７と反スラスト側側壁２８の幅を、図７に示すように一
定にしたり、図８に示すように下端からピストン冠部２
２側に向かって逆に漸次減少させるようにしても良い。
このようにした場合には、スカート部２４の上端側にお
けるシリンダ３２に対する接触面積が減少することにな
り、ピストン２１、シリンダ３２間の摩擦抵抗がより低
減される。したがって、このような構成とした場合に
は、燃費の向上を狙いとする内燃機関において極めて有
効となる。

【００２２】また、上記の形態においては、リブ３０を
形成することによってピンボス側側壁２９の下端近傍に
肉厚部３１を設けたが、ピンボス側側壁２９の全域を肉
厚に形成することによって肉厚部３１を設けるようにし
ても良い。

【００２３】さらにまた、上記の各実施の形態におい
て、スカート部２４の外側面に固体潤滑皮膜を形成する
ようにすれば、固体潤滑皮膜自体の低い摩擦係数によっ
て燃費の向上を図ることができると共に、同皮膜によっ
てスカート部２４の焼き付き限界面圧を引き上げ、スラ
スト側側壁２７と反スラスト側側壁２８の摺動を実質的
に担う部分の面積をより減少させることによっても、機
関の燃費向上を図ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、スカー
ト部のピンボス側側壁のうちのスラスト側側壁と反スラ
スト側側壁に各隣接する部位の下端近傍に、スラスト側
側壁と反スラスト側側壁の変形を規制する肉厚部を設
け、スカート部に切り込み形成する二対のスリットを充
分に深くしても高負荷運転時にピストンがある設定角度
以上に傾斜することのないようにしたため、スリットを
充分に深く設定することでスラップ音や、ピストン、シ
リンダ間の摺動抵抗を確実に低減することができる。

【００２５】また、請求項２の発明は、さらにスラスト
側側壁と反スラスト側側壁の肉厚を、スカート部の下端
からピストン冠部に向かって漸次肉厚に形成し、高負荷
運転時に、スラスト側側壁と反スラスト側側壁の上部側
の肉厚部分が、ピンボス側側壁の肉厚部と共働して荷重
を支持するようにしたため、高負荷運転時におけるピス
トンの傾斜を一層確実に規制することができる。さら
に、ピストンの傾斜に伴ってスラスト側側壁または反ス
ラスト側側壁がシリンダの内壁に当接したときには、そ
の入力荷重が剛性の低いスカート部の下端から剛性の高
いピストン冠部側に向かって滑らかに移動することにな
るため、スラスト側側壁や反スラスト側側壁がシリンダ
の内面に衝突する際の衝撃をよりスムーズに緩和するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す底面図。

【図２】同形態を示す側面図。

【図３】同形態を示す正面図。

【図４】同形態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】同形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図６】同形態を示す側面図。

【図７】本発明の他の実施の形態を示す正面図。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態を示す正面図。

【図９】従来の技術を示す正面図。

【図１０】同技術を示す側面図。

【符号の説明】

２１…ピストン、 ２２…ピストン冠部、 ２４…スカート部、 ２６…スリット、 ２７…スラスト側側壁、 ２８…反スラスト側側壁、 ２９…ピンボス側側壁、 ３１…肉厚部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スカート部に、その下端からピストン冠
   部に向かう二対のスリットが切り込み形成され、この二
   対のスリットによってスカート部がスラスト側側壁及び
   反スラスト側側壁とピンボス側側壁とに分離されて成る
   内燃機関用ピストンにおいて、前記ピンボス側側壁のう
   ちのスラスト側側壁と反スラスト側側壁に各隣接する部
   位の下端近傍に、スラスト側側壁と反スラスト側側壁の
   変形を規制する肉厚部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】 前記スラスト側側壁と反スラスト側側壁
   の肉厚を、スカート部の下端からピストン冠部に向かっ
   て漸次肉厚に形成したことを特徴とする請求項１に記載
   の内燃機関用ピストン。