JPH0989106A - 内燃機関のピストン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮上死点付近でのピストンの大きな傾きを
抑制して、スカート部によるピストンスラップやシリン
ダとのフリクションを低減させる。 【構成】 ピストン１０の内周面に形成された一対のピ
ンボス部１８，１９のピストンピン孔１８ａ，１９ａの
軸線２０を、スカート部１６の直径方向の中心線Ｘに対
してスラスト側にオフセット配置すると共に、スカート
部１６のスラスト側スカート部位１６ａと反スラスト側
スカート部位１６ｂの各内面に厚肉なリブ２２，２３を
ピストン軸方向に沿って設けた。また、前記リブ２２，
２３の上端側に位置する第３リング溝１５の底壁に、ス
カート部１６の周方向に沿ったスリット２１，２１を形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用内燃機
関のピストン構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、例えば自動車用内燃機関
のピストンは、慣性力や膨張行程時における燃焼圧力に
よりスラスト力（サイドフォース）及びピストンピン廻
りのモーメントが作用するため、１サイクル中に首振り
状態に傾動してスラスト側及び反スラスト側のスカート
部がシリンダ内面に押し付けられる。

【０００３】即ち、図６に示すように例えば膨張行程の
上死点近傍で、燃焼圧力などによりピストン１が、コン
ロッド２を介してピストンピン３を中心に図中時計方向
のモーメントが生じ、このため、ピストン１は上昇時の
略垂直姿勢から傾動して反スラスト側のスカート部６ｂ
上端部又は冠部４外周縁がシリンダ５の反スラスト側内
面５ａに接触する一方、スラスト側のスカート部６ａ下
端部がシリンダ５のスラスト側内面５ｂに接触する。こ
のとき、スラスト側のスカート部６ａは１サイクル中に
最も大きいスラスト力を受け、したがって、該スラスト
側スカート部６ａとシリンダ内面５ｂとの間に大きなス
ラップ音が発生し易くなる。

【０００４】そこで、実開昭６４−２１２３９号公報に
記載されている考案のように、ピストンスカート部をそ
の反スラスト側の肉厚よりもスラスト側の肉厚を薄くし
て、該スラスト側スカート部の剛性を低下させることに
より、該スラスト側スカート部がシリンダのスラスト側
内面に接触した際に、スラスト側スカート部を容易に変
形させて接触面積の増加により面圧を低下させるように
なっている。この結果、ピストンスラップを小さくで
き、スカートの摩耗を低減させることが可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報記載の従来例にあっては、ピストンのスラスト側スカ
ート部の肉厚を単に薄くして剛性を低下させるようにな
っている。このため、ピストンラップが発生する程度の
スラスト荷重の小さい運転条件下では、その抑制効果が
発揮されるものの、最高出力回転域での全負荷時や冷寒
時の良好な運転性確保のために点火時期を進角してある
場合などにあっては、過大なスラスト荷重が発生するの
で、前記スラスト側スカート部の低剛性化に起因して、
該スラスト側スカート部が大きく変形してピストンの傾
き角度が大きくなる。このため、スラスト側スカート部
とシリンダ内面との圧接力が増加してフリクションが大
きくなり、シリンダ内面間に焼き付きが発生したり、反
スラスト側のリングランド部がシリンダ内面に強く当た
って大きな打音が発生する惧れがある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題に鑑みて案出されたもので、請求項１の発明は、冠部
の下部に円筒状のスカート部を有すると共に、該スカー
ト部の内面にピストンピンの両端部をピストンピン孔を
介して支持する一対のピンボス部を有する内燃機関のピ
ストン構造において、前記両ピストンピン孔の軸線をス
カート部の直径方向の中心線に対してスラスト側にオフ
セット配置すると共に、スカート部の少なくともスラス
ト側内面にピストン上下方向のスラスト軸線上に沿って
厚肉なリブを設け、かつ該リブの上端側に位置するオイ
ルリング溝の底壁にスカート部周方向に沿ったスリット
を形成したことを特徴としている。

【０００７】請求項２の発明は、前記スカート部のリブ
両側縁から各ピンボス部までのスカート部の肉厚を、ピ
ストン軸方向に沿って等しく設定したことを特徴として
いる。

【０００８】請求項３の発明は、前記スカート部のリブ
両側縁から各ピンボス部までの周方向の肉厚を漸次厚肉
になるように形成したことを特徴としている。

【０００９】請求項４の発明は、前記スカート部のリブ
両側縁から各ピンボス部までのスカート部の肉厚を、ピ
ストン軸方向に沿って変化させるように形成したことを
特徴としている。

【００１０】請求項５の発明は、前記スカート部のリブ
両側縁から各ピンボス部までのスカート部の肉厚を、ス
カート部の上部側から下部に沿って漸次厚肉となるよう
に形成したことを特徴としている。

【００１１】

【作用】請求項１の発明によれば、ピストンの圧縮上死
点付近で、混合気の圧縮圧力及び燃焼圧力等によりピス
トンピン廻りのモーメントが作用し、ピストンが冠部が
反スラスト側、スカート部下部がスラスト側に傾動しよ
うとするが、スラスト側スカート部が厚肉なリブを有し
かつスリットによってオイルリング溝から独立した形に
なっているため、シリンダ内面に当たったスラスト側ス
カート部が内方へ撓むとともに周方向部位の板ばねのよ
うなばね反力によって、ピストンの大きな傾動を抑制す
る。即ち、ピストンに傾動力が作用し、スラスト側スカ
ート部の下端部がシリンダ内面に接触すると、該スラス
ト側スカート部位はスリットをかいしてスラスト荷重の
支持点となって内方へ僅かに撓み、同時にリブからピス
トンボス側へ周方向へ廻り込んだスカート部の周方向部
位にばね反力が発生して、前記スラスト側スカート部位
を外方へ変形復帰させようとする。このため、前記剛性
の高いスラスト側スカート部位でスラスト荷重を受けつ
つ該荷重支持点がスカート部の下端部から上方へ移動し
ピストンピンの中心付近に移動しようとする。したがっ
て、前記スカート部の周方向部位のばね反力と、荷重支
持点の移動とによってピストンの大きな傾きが抑制され
て、略垂直状態を維持させることが可能になる。

【００１２】また、請求項４〜５の発明によれば、リブ
からピストンボスまでの周方向部位の肉厚をピストン軸
方向に沿って変化させることにより、前述の剛性の高い
部位におけるスラスト荷重支点を上下方向任意の位置に
変化させることが可能になる。したがって、特定の運転
条件に合わせたピストンの挙動の安定化が図れる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。図１〜図３は本発明に係るピストン構造の第１実
施例を示している。

【００１４】このピストン１０は、図外のシリンダ内周
面に摺接するピストン本体がアルミ合金材で有蓋円筒状
に一体に形成され、上部に形成された略円板状の冠部１
１を有していると共に、該冠部１１の下部に有するリン
グランド部１２の外周に上から第１，第２，第３のピス
トンリング溝１３，１４，１５が形成されている。ま
た、リングランド部１２の下部には、薄肉筒状のスカー
ト部１６が一体に形成されていると共に、該スカート部
１６の略直径方向の内周面対向位置に図外のコンロッド
の小端部に連結されるピストンピン１７両端部を支持す
るピンボス部１８，１９が内方へ突出形成されている。

【００１５】この両ピンボス部１８，１９は、内部に形
成されたピストンピン孔１８ａ，１９ａの軸心２０がピ
ストン本体の軸方向の中心線Ｘによりもスラスト側に若
干オフセットした位置に設定されている。

【００１６】また、最下段の前記第３ピストンリング溝
（オイルリング溝）１５の底壁には、スリット２１，２
１が形成されており、このスリット２１，２１は、両ピ
ンボス部１８，１９の両側部付近まで周方向に沿って形
成されている。

【００１７】さらに、前記スカート部１６は、ピストン
ピン孔１８ａ，１９ａの軸心２０と直交する対向内面位
置に厚肉なリブ２２，２３が一体に形成されている。こ
の両リブ２２，２３は、ピストン１０の圧縮上死点から
膨張工程に移行する際に、該ピストン１０が傾動変換時
にスカート部１６がシリンダ内面から受けるサイドフォ
ースつまり前記スラスト側とリングランド部１２付近が
シリンダ内面から受ける反スラスト側の両方に形成され
ている。また、この両リブ２２，２３は、長板状を呈
し、前記軸心２０に直交する直径線Ｙを中心とした周方
向の巾Ｗが同一の所定長さに設定されていると共に、ス
カート部１６の上下方向に沿って延設されて、上端部２
２ａ，２３ａが前記スリット２１，２１の直下部に位置
している。

【００１８】また、該両リブ２２，２３の各両側縁から
両ピンボス部１８，１９の両側縁までのスカート部１６
の周方向部位２４，２４、２５，２５は、両リブ２２，
２３から両ピンボス部１８，１９の各両側縁までの肉厚
が漸次厚肉に形成されていると共に、図３に示すように
上下方向の肉厚は均一に形成されている。

【００１９】以下、本実施例の作用について説明する。
機関運転中にピストン１０の圧縮上死点付近で混合気の
圧縮圧力及び燃焼圧力等によりピストンピン１７廻りの
モーメントが作用するため、ピストン２０がピストンピ
ン１７を中心に傾動変換し、ピストン１０の冠部１１が
シリンダ内面の反スラスト側に、スカート部１６の下端
部がスラスト側に傾動しようとする。しかし、軸心２０
がスラスト側にオフセットしており、しかもスラスト側
スカート部位１６ａが厚肉なリブ２２を有しかつ該スカ
ート部位１６ａがスリット２１によって第３リング溝１
５から独立した形になっているため、シリンダ内面のス
ラスト側に当たったスカート部位１６ａは、板ばねのよ
うな特性となってピストン２０の大きな傾動を抑制す
る。

【００２０】即ち、スラスト側スカート部位１６ａは、
剛性が高くなっているため、この下端部１６ｃがシリン
ダ内面に圧接すると、スリット２１を介してピストン１
０の内側へ撓み変形すると同時に剛性の低い周方向部位
２４，２４でばね反力が発生する。このため、前記スラ
スト側スカート部位１６ａは、スラスト荷重を受けつつ
該荷重支持点がスカート部位１６ａ下端部１６ｃから上
方へ移動してピストンピン孔１８ａ，１９ａの中心付近
まで移動しようとする。したがって、周方向部位２４，
２４のばね反力と、荷重支持点のピストンピン孔１８
ａ，１９ａ中心付近までの移動によってピストン１０の
大きな傾きが抑制されて、シリンダ内で略垂直姿勢を維
持させることが可能になる。また、一旦傾いても垂直姿
勢側に滑らかに復帰し易くなる。

【００２１】この結果、スラスト荷重が小さい運転条件
下でのピストンスラップの発生が十分に防止できること
は勿論のこと、最高出力回転域での全負荷時等の過大な
スラスト荷重が発生する場合においても、ピストン１０
の大きな傾きが抑制されて、スラスト側スカート部位１
６ａとシリンダ内面との摺動面積が小さくなり、したが
ってフリクションが大幅に低減する。この結果、機関の
燃費が向上すると共に、レスポンスを改善できる。ま
た、リングランド部１２とシリンダ内面との大きな衝突
打音の発生を防止でき、音振性能が良好になる。

【００２２】尚、スカート部１６の反スラスト側スカー
ト部位１６ｂ及び周方向部位２５，２５もスラスト側と
同一の構成になっているため、ピストン１０の逆傾動時
にも該ピストン１０の過大な傾きが抑制される。したが
って、ピストンスラップ等の発生が防止される。

【００２３】図４及び図５は本発明の第２，第３実施例
を示し、この各実施例では周方向部位２４，２４、２
５，２５の上下方向の肉厚を変化させたもので、図４に
示す第２実施例では、周方向部位２４，２４，２５，２
５の上部つまり第３ピストンリング溝１５直下部に薄肉
部２６，２６を形成し、この薄肉部２６，２６から下方
へ行くにしたがって漸次厚肉に形成したものである。

【００２４】図５に示す第３実施例では、スカート部１
６の周方向部位２４，２４の上下方向の略中央位置に薄
肉部２７を形成し、この薄肉部２７から上下方向へ行く
にしたがって漸次厚肉に形成した。

【００２５】したがって、前記第２，第３実施例によれ
ば、前記のような圧縮上死点付近におけるピストン１０
の傾動時のスラスト側スカート部位１６ａの荷重支持点
を制御することが可能になり、この結果、特定の運転条
件に合わせてピストン１０の略垂直姿勢の安定化が図れ
る。このため、機関固有の特性、例えばピストンスラッ
プの大きな運転条件やフリクションが大きく燃費性能の
低くなる運転条件下でのピストン１０の挙動の安定化が
図れ、所定運転条件下におけるピストンスラップやフリ
クションを改善することが可能になる。

【００２６】尚、本発明は、前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えばリブ２２，２３の厚さや巾並
びに周方向部位２４，２４、２５，２５の軸方向の肉厚
変化を機関の仕様等に応じて任意に設定することが可能
である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、圧縮上死点付近でのピストンの傾動変換時にお
ける該ピストンの大きな傾きが十分に抑制できる。この
ため、スラスト荷重が小さい運転条件下でのピストンス
ラップの発生を防止できると共に、例えば最高出力回転
域での全負荷時等の過大なスラスト荷重が発生する場合
でもスラスト側スカート部とシリンダ内面との摺動面積
が減少し、これによってフリクションの低減化が図れ
る。この結果、機関の燃費の向上とレスポンスの改善が
図れる。また、リングランド部とシリンダ内面との大き
な衝突打音の発生が防止されて、音振性能の向上が図れ
る。

【００２８】また、請求項３の発明によれば、各リブか
らピンボス部までのばね反力特性を効果的に発揮するこ
とが可能になるため、全ピストンの傾きをさらに抑制す
ることができる。

【００２９】さらに、請求項４及び請求項５の発明によ
れば、スカート部が受けるスラスト荷重の荷重支持点を
制御できるため、特定の運転条件に合わせたピストンの
挙動の安定化を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るピストンの底面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】本発明の第２実施例を示す図１のＢ−Ｂ線断面
図。

【図５】本発明ほ第３実施例を示す図１のＢ−Ｂ線断面
図。

【図６】本発明及び従来のピストンのシリンダ内での挙
動を示す断面図。

【符号の説明】

１０…ピストン １１…冠部 １２…リングランド部 １５…第３ピストンリング溝（オイルリング溝） １６…スカート部 １６ａ…スラスト側スカート部位 １７…ピストンピン １８，１９…ピンボス部 ２０…軸心 ２１…スリット ２２…リブ ２４，２５…周方向部位

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冠部の下部に円筒状のスカート部を有す
   ると共に、該スカート部の内面にピストンピンの両端部
   をピストンピン孔を介して支持する一対のピンボス部を
   有する内燃機関のピストン構造において、 前記両ピストンピン孔の軸線をスカート部の直径方向の
   中心線に対してスラスト側にオフセット配置すると共
   に、スカート部の少なくともスラスト側内面にピストン
   上下方向のスラスト軸線上に沿って厚肉なリブを設け、
   かつ該リブの上端側に位置するオイルリング溝の底壁に
   スカート部周方向に沿ったスリットを形成したことを特
   徴とする内燃機関のピストン構造。
2. 【請求項２】 前記スカート部のリブ両側縁から各ピン
   ボス部までのスカート部の肉厚を、ピストン軸方向に沿
   って等しく設定したことを特徴とする請求項１記載の内
   燃機関のピストン構造。
3. 【請求項３】 前記スカート部のリブ両側縁から各ピン
   ボス部までの周方向の肉厚を漸次厚肉になるように形成
   したことを特徴とする請求項２記載の内燃機関のピスト
   ン構造。
4. 【請求項４】 前記スカート部のリブ両側縁から各ピン
   ボス部までのスカート部の肉厚を、ピストン軸方向に沿
   って変化させるように形成したことを特徴とする請求項
   １記載の内燃機関のピストン構造。
5. 【請求項５】 前記スカート部のリブ両側縁から各ピン
   ボス部までのスカート部の肉厚を、スカート部の上部側
   から下部に沿って漸次厚肉となるように形成したことを
   特徴とする請求項４記載の内燃機関のピストン構造。