JPH1078129A

JPH1078129A - エンジン用ピストン

Info

Publication number: JPH1078129A
Application number: JP24908996A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Okubo; 泰宏大久保; Teruo Nakada; 輝男中田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-08-31
Filing date: 1996-08-31
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ピストンにおいて、高回転数運転時の圧縮行
程において反スラスト側で生じるスラップ音の低減を図
る。【解決手段】スカート部３のスラスト側にのみ、スカ
ート部３との間の隙間内にダンピング用オイルが供給さ
れる外環部材７を嵌合配設する。ピストン本体１の重心
Ｇ₂は、ピストン本体１の中心線Ａ−Ａに対してスラス
ト側にオフセットしている。高回転数運転時の圧縮行程
において、ピストン本体１に働く慣性力と圧縮圧力に基
づくモーメントによって、ピストン本体１はクラウン部
２を反スラスト側に押し付けながら上死点へと移動する
ので、ピストン本体１のシリンダライナに対する衝撃が
軽減されて、スラップ音の発生を確実に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、クラウン部とス
カート部とを一体構造としたピストン本体、及び前記ス
カート部に嵌合した外環部材を有するエンジン用ピスト
ンに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの駆動によって発生する騒音の
一つにスラップ音がある。このスラップ音は、ピストン
がシリンダ内を往復運動するときに該ピストンのスカー
ト部がシリンダライナの壁面に衝突することによって発
生するものである。つまり、シリンダ内をピストンが往
復運動できるように、ピストンとシリンダライナの壁面
との間には間隙が形成されている一方で、燃焼室からの
ブローダウンを防止するため、ピストンに形成されたピ
ストンリング溝にはピストンリングが嵌入しているの
で、ピストンがシリンダ内を往復運動する時、ピストン
ピン軸に垂直な方向即ちスラスト方向のシリンダライナ
壁面にピストンが衝突してスラップ音が発生する。

【０００３】従来、このスラップ音を低減するため、種
々のピストンが開発されてきた。例えば、ピストン本体
のスカート部に外環部材を嵌合したピストン自体は、よ
く知られた構造のものであり、実公昭５７−３９５６４
号公報には、ピストンのスラスト面、即ち、爆発行程に
おいて燃焼ガス圧力によってシリンダライナに対して圧
接されるピストン面側にのみ、外環部材として半円筒形
のスラスト片をピストンピンの軸線に対して直交するピ
ストン半径方向に摺動自在に設け、更に当該スラスト片
とピストンとの間にオイル室を構成し、該オイル室内に
封入したオイルによってピストンの衝撃を吸収するピス
トンが開示されている。

【０００４】また、実開昭５８−１４４０４４号公報に
は、ピストンのスラップ音を低減する目的で、ピストン
ピンの軸中心をピストン本体の中心線に対してオフセッ
トした内燃機関のピストンが開示されている。即ち、上
記公報には、爆発初期のスラップ時のスカート部とシリ
ンダライナとの衝突を軽減してシリンダライナの摩耗を
防ぐことを目的として、ピストンピンの軸中心をピスト
ン本体の中心線に対してスラスト側へオフセットさせる
とともに、ピストン重心をピストンピンの軸中心よりも
更にスラスト側に位置させて、爆発行程時にピストンの
スカート部が、シリンダライナを堅固に支持しているア
ッパーデッキ付近のライナ上部に衝突させ、次いでピス
トンヘッド部をシリンダライナに衝突させるように構成
したものが開示されている。

【０００５】更に、本出願人は、先に出願したピスト
ン、即ち、国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ９６／０１２７８）
に開示したピストンがある。このピストンは、エンジン
駆動の油圧源からピストン本体のスカート部と外環部材
との間にオイルを供給し、ピストン本体のスカート部と
外環部材との間に形成された油膜のダンピング作用によ
ってシリンダライナに対するピストンの衝撃を抑えてピ
ストンのスラップ音を低減させるものである。外環部材
はピストンピンの外側に取り付けられた支持部材で支持
される二組の外環部材であり、スカート部との間に形成
された油膜のダンピング作用がスラスト側及び反スラス
ト側において得られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実公昭
５７−３９５６４号公報に開示されたピストンは、スラ
スト片はピストンに対してスラスト方向に摺動自在では
あるが、ピストンピンの回りに回動できないため、ピス
トン揺動時にはスラスト片がシリンダライナ内面に追従
できず、スラスト片とシリンダライナとの間でスラップ
音を生じるという問題がある。また、スラスト片がピス
トンに対して摺動自在であるとする以上、オイル室内に
封入されたオイルがオイル室から外部へ漏れることは避
けることができず、オイル供給機構を持たない構成では
オイルダンピング機能を維持することができない。

【０００７】また、実開昭５８−１４４０４４号公報に
開示されたピストンでは、爆発行程においてピストンが
スラップ音を発生するときに、ピストンのスカート部を
ピストンヘッド部よりも先にシリンダライナに衝突させ
ることを意図しているに過ぎず、スラップ時の衝撃のダ
ンピング機能を備えていない。したがって、ピストンの
圧縮行程におけるスラップ音に着目し、その軽減を図る
技術を開示したものではない。

【０００８】更に、国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ９６／０１
２７８）に開示したピストンでは、ピストンのスカート
部の両側、即ちスラスト側と反スラスト側とにおいて、
スカート部と外環部材との間の隙間にオイルを供給する
のでオイルの供給量が多くなり、長期にわたってエンジ
ンを運転した場合にオイル消費量が無視できない量とな
る。また、フリクション、ピストン重量の増大、及び組
立性の悪化等の問題も生じている。

【０００９】従来のピストンでは、エンジンの低中回転
数運転時、圧縮行程において、ピストンは混合気の圧縮
圧力、クランク揺動角等の作用により、反スラスト側に
押し付けられながら上死点に向かう。しかし、エンジン
の高回転数運転時には、ピストン本体に作用する上下方
向の力のバランスが崩れ、圧縮行程の終期では一時的に
スラスト方向に向かう力が強まり、ピストンはスラスト
方向に付勢される。このとき、ピストン本体の重心が反
スラスト側に位置しているため、慣性力によって上記ス
ラスト方向への押し付けは一層助長される。そして、圧
縮行程の終了直前では、混合気体の圧縮圧力の増大やピ
ストンの加速度の低下により、ピストンに対して、ピス
トンヘッドが反スラスト側に向かうようなピストンピン
の回りの回転モーメントが生じる。このように、高回転
数運転時の圧縮行程中のピストンには、作用するモーメ
ントの方向の変化によって付勢方向が、スラスト側から
反スラスト側に変化する。かかる付勢方向の変化は、ピ
ストンのシリンダライナに対する衝撃となり、スラップ
を生じる。

【００１０】この状況を図３及び図６〜９で説明する。
図３には、従来のピストンについても各部の寸法が記入
されている。図３を参照すると、ピストンピン２２の軸
中心Ｏは、ピストン本体１の中心線Ａ−Ａに対して、ス
ラスト側に０．７ｍｍオフセットされている。従来のピ
ストンについては、特に、ピストン本体１の重心Ｇ
₁は、ピストンピン２２の軸中心Ｏより２３．３ｍｍ上
方（スカート部の裾端から４０ｍｍ上方）に位置してい
るとともに、ピストンピン２２の軸中心Ｏに対して反ス
ラスト側に約１．２ｍｍオフセットした位置にある。

【００１１】図６は、スラスト側及び反スラスト側にオ
イルダンピング機構を備えたピストン（以下、「両側オ
イルダンピング式ピストン」と言う。）と、どちらの側
にもオイルダンピング機構を採用していない従来の量産
型ピストンとについて、エンジンの低中回転数の一例と
して２０００ｒｐｍを、そして高回転数の一例として３
５００ｒｐｍを採り、各回転数においてスラスト側及び
反スラスト側でのシリンダライナの振動レベルをオーバ
ーオール値で示したグラフである。図７は、両側オイル
ダンピング式ピストンと量産型ピストンとについて、２
０００ｒｐｍと３５００ｒｐｍのエンジン回転数におけ
る、反スラスト側でのシリンダライナの振動加速度をク
ランク角に応じた歴波形で示して比較したグラフであ
る。図６から分かるように、スラスト側では、エンジン
の回転数が低中回転数であっても高回転数であっても、
オイルダンピング機構を採用することが有効である
（（Ａ）と（Ｂ）の比較、及び（Ｃ）と（Ｄ）の比
較）。しかし、反スラスト側では、エンジンの高回転数
運転時には、オイルダンピング機構を採用しないと大き
な振動が生じている。図７の歴波形のグラフから、この
振動、即ちピストンのスラップ音は、特に高回転数運転
時に圧縮行程の終期において生じていることが分かる
（（Ｃ）を参照）。両側オイルダンピング式ピストンに
おいても、この反スラスト側における上死点直前の振動
が観測されている（図７の（Ｄ））。

【００１２】図８は、従来のピストンにおいて、低中回
転数（２０００ｒｐｍ）での運転時及び高回転数（３５
００ｒｐｍ）での運転時に、ピストンがスラスト方向又
は反スラスト方向に受ける力（加速度）と、ピストンが
シリンダライナに対して反スラスト方向に作用する衝撃
エネルギーの変化を、クランク角に応じて描いたグラフ
である。この図から分かるように、高回転数運転時に
は、上死点（クランク角が０度）の直前の圧縮行程にお
いて、ピストンが受ける力は一時的にスラスト方向とな
る。即ち、クランク角θ₁までは、クランクロッドの姿
勢及びピストン本体の中心線に対するピストンピンのオ
フセット等により、ピストンは反スラスト側に付勢され
ているが、クランク角θ₁においては、混合気の圧縮圧
力と高回転数運転時の慣性力とにより、ピストンが受け
る力は反スラスト側からスラスト側に変わり、図９
（Ａ）に示すように、ピストンのクラウン部２がスラス
ト側に付勢される。即ち、混合気の圧縮圧力に基づいて
ピストンヘッド頂面に作用する力Ｐ₁はまだ比較的弱い
が、ピストン本体１の重心Ｇ₁が反スラスト側に位置し
ていることにより減速中のピストン本体１に作用する慣
性力Ｆ₁が、ピストン本体１をピストンピン２２の軸回
りに図で反時計回りに作用させるモーメントは比較的大
きい。そのため、高回転数運転時のピストンには正味の
モーメントとして図において反時計方向のモーメントＭ
₁が作用し、クラウン部２はスラスト側のシリンダライ
ナ４０に衝突される。

【００１３】そしてクランク角θ₂においては、混合気
が強く圧縮され始めているため、ピストンヘッド頂面に
作用する混合気の圧縮圧力によってピストン本体１には
大きな力Ｐ₂が作用し、ピストン本体１をピストンピン
２２の軸回りに時計方向に回転させようとするモーメン
トが大きくなる。一方、加速度が低下したことにより大
きさが小さくなった慣性力Ｆ₂によりピストン本体１の
重心Ｇ₁回りに反時計方向に回転させようとするモーメ
ントが小さくなる。したがって、ピストンは、正味のモ
ーメントとして図において時計方向のモーメントＭ₂を
受け、クラウン部２は反スラスト側に押し付けられる。
このときピストンは図９（Ｂ）に示すように、クラウン
部２が反スラスト側のシリンダライナ４１と衝突してス
ラップ音を発生する。上記の力学的な現象が、エンジン
の高回転数運転時の圧縮行程終期における反スラスト側
でのピストンとシリンダライナとの衝突エネルギーの原
因と考えられる。なお、上死点であるクランク角度０°
の位置では、エンジンは爆発・膨張行程に入り、その直
後に混合気の燃焼圧によってピストンはスラスト側のシ
リンダライナ４０に強く衝突して、主たるスラップ音が
発生する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
課題を解決することであり、上記国際出願に開示されて
いるようなスラスト側及び反スラスト側にオイルダンピ
ング方式を採用したピストンと、どちらの側にもオイル
ダンピング方式を採用しない従来の量産型ピストンとの
騒音発生についての比較を基に、オイルダンピング機構
を片側だけに採用してオイル使用量を低減するととも
に、オイルダンピング機構を片側だけに限ったことによ
る騒音には重心位置の特定によって対応する低騒音のエ
ンジン用ピストンを提供することである。

【００１５】即ち、図６及び図７に記載の実験データか
らすると、エンジンの低中回転数運転（例えば、２００
０ｒｐｍ）では、両側オイルダンピング式ピストンの反
スラスト側の騒音レベルは、量産型ピストンの反スラス
ト側の騒音レベルと格別の差がないことが確かめられる
（図６の（Ａ）と（Ｂ）、及び図７の（Ａ）と（Ｂ）を
参照）。したがって、オイルダンピング機構を設けるの
はスラスト側のみとしても、低中回転数運転では、反ス
ラスト側の騒音レベルが悪化することはない。そして、
高回転数運転時のスラップ音に対しては別の対策を採用
することで上記問題を解決することができる。

【００１６】この発明は、上記の目的を解決するため、
以下のように構成されている。即ち、この発明は、ピス
トンリング溝を備えたクラウン部とピストンピンを挿通
するピン孔が形成されたボス部を備えたスカート部とか
ら構成したピストン本体、前記スカート部にスラスト側
にのみ嵌合配設され且つ前記スカート部との間にダンパ
ー用オイルが導入される隙間を形成している外環部材、
及び前記ピストンピンの両端部に取り付けられており、
前記外環部材を前記ピストンピンの軸回りに回動自在に
且つ前記ピストン本体に対してスラスト方向に相対移動
自在に支持する外環支持部材から成り、前記ピストン本
体の重心が前記ピストン本体の中心線よりもスラスト側
にオフセットされているエンジン用ピストンに関する。

【００１７】この発明によるピストンでは、エンジンの
高回転数運転における反スラスト側の振動の急激な悪化
を、ピストン本体の重心位置の変更によって抑制するこ
とを図っている。即ち、この発明によるピストンでは、
ピストン本体の重心をピストン本体の中心線に対してス
ラスト側にオフセットしているので、上死点に向かう速
度が減速中のピストンには、更に上昇し続けようとする
慣性力が働き、この慣性力を重心位置に集約すると、こ
の慣性力はピストンピンの軸回りにおいてピストン本体
のヘッド側を反スラスト方向に付勢するモーメントを与
える。混合気の圧縮圧力がピストンをピストンピン回り
に付勢する方向は、慣性力による付勢方向と同じ反スラ
スト側である。したがって、圧縮行程の終期のピストン
に対して常に反スラスト側に押し付ける力が作用し続
け、ピストンが押し付けられる方向がスラスト側から反
スラスト側に変わることがないので、スラップ音が発生
するのを抑制することができる。

【００１８】ピストンピンの軸中心をピストン本体の中
心線よりもスラスト側にオフセットした場合には、エン
ジンの圧縮行程で混合気がピストン本体に及ぼす圧力に
よって、ピストンには、正味のモーメントとして、減速
中のピストンに作用する慣性力の場合と同様に、ピスト
ンピンの軸回りにピストンのヘッドを反スラスト側に付
勢するモーメントを与える。

【００１９】ピストン本体のスカート部と外環部材との
間に形成される隙間に導入されるオイルはクランク室へ
流れ出ていくものであるので、常にオイルを補給する必
要がある。オイルの補給については、噴射式或いはクラ
ンク室内のオイル溜まりからの撥上げ式があるが、供給
路による直接供給方式が確実である。即ち、ダンパー用
オイルは、油圧源から、ピストンピンに形成された油
路、ピストンピンの外周に形成された油溝、スカート部
に形成された油路、及びスカート部のスラスト側表面に
形成された油溝を順次に介して隙間に供給される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、こ
の発明の実施例を説明する。図１はこの発明によるエン
ジン用ピストンの一実施例を示す分解斜視図、図２は図
１のエンジン用ピストンにおけるピストン本体と外環部
材との相互関係を示す断面図、図３は図１のエンジン用
ピストンの外観、重心及びピストン中心線の配置関係を
示す正面図、図４は図１のエンジン用ピストンへオイル
を供給するためのオイル供給経路を示す断面図、図５は
ピストン本体の中心軸線に対して重心位置をスラスト側
又は反スラスト側に移動させたときの反スラスト側にお
ける衝突エネルギーの変化を示すグラフである。

【００２１】図１は、この発明によるエンジン用ピスト
ンの一実施例を示す分解斜視図である。この発明による
ピストンは、本出願人が先に国際出願において提案した
ピストンにおいて、オイルダンピング機構をスラスト側
のみとし、高回転数運転時の反スラスト側での振動レベ
ル低減対策としてピストン本体の重心を最適化したもの
である。その他の基本的な構造、作動及びオイルの給油
方法等については、先に提案したピストンと同様であ
る。したがって、従来のピストンと同じ構成要素につい
て同じ符号を用いて説明してある。

【００２２】図１に示すように、このピストンは、ピス
トンヘッド部であるクラウン部２とボス部１３を備えた
スカート部３とを一体構造に構成したピストン本体１、
スカート部３に嵌合する外環部材７、ボス部１３と外環
部材７との間に介在され外環部材７を回動自在に且つス
ラスト方向に相対移動自在に支持する外環支持部材１
０、ピストン本体１とコンロッド１１とを回転自在に連
結するピストンピン２２、及びピストンピン２２に外環
支持部材１０を取り付けるためのサブピストンピン２３
を有している。

【００２３】ピストン本体１のクラウン部２には複数の
ピストンリング溝１２が形成されており、各ピストンリ
ング溝１２にはピストンリング（図示せず）が嵌入され
る。スカート部３は、クラウン部２の外径よりも小さい
外径を有し且つクラウン部２の下部に一体的に形成され
ている。また、ピストン本体１のスカート部３はピスト
ンピン２２を挿通するピン孔４が形成されたボス部１３
を備えている。ピストン本体１には、図３に示すよう
に、ピン孔４からスカート部３の一側、即ち爆発行程中
に燃焼ガス圧力がピストンをシリンダライナに対して圧
接する側であるスラスト側へのみ向かって延びる油路６
が形成されている。そして、スカート部３には、図１に
示すように、油路６から導入された油圧をスカート部３
の一面に分布させるための油溝５が形成されている。

【００２４】油溝５はスカート部３のスラスト側にのみ
形成されている。油溝５の形成箇所はピストンリング溝
１２よりも下方位置であって且つピストンピン２２の中
心軸よりも上方位置に設定されている。もう少し具体的
に述べると、スカート部３から外環部材７にスラスト荷
重が加わる部位は、図３に示すように、スカート肩部と
スカート下端付近の二箇所（即ちＸ，Ｙで示す部位）で
ある。そして、スカート肩部の衝突部位Ｘは、スカート
部３のプロフィール形状にもよるが、概略ピン孔４の中
心高さ（即ちピストンピン２２中心高さ）から若干上の
部位である。油溝５はスカート肩部衝突部位Ｘよりも少
しピストンリング溝１２寄りに設けられる。このように
油溝５は、スカート部３から外環部材７に荷重が加わる
部位Ｘ，Ｙを避けるように形成されるので、大きな面積
で荷重を受けることができると共に、荷重が加わった時
に油圧が油溝５から逃げてしまうのを避けることができ
る。また、油溝５の形状は、油溝５の形成箇所さえ満足
すれば、図１に示す形状に限定されるものではない。

【００２５】また、ピストンが爆発行程即ち膨張行程に
移行してスラスト側に傾いても、外環部材７とスカート
部３との隙間に供給された油圧によって、油圧緩衝効果
が得られるので、スラスト側において、スラップ音を低
減することができる。

【００２６】外環部材７は半円弧面部材７ｂからなり、
ピストン本体１のスカート部３に嵌合される。半円弧面
部材７ｂの周方向両側にはそれぞれ円周方句に延びる腕
部１８が形成されている。また、外環部材７がシリンダ
を構成するシリンダライナと同程度の熱膨張率を有する
材料で製作されていることが、外環部材７とシリンダラ
イナとの間に熱膨張差が発生せず好ましいものである。
例えば、シリンダライナが鋳鉄で製作されている場合に
は、外環部材７は鋳鉄又は鋼等で製作し、また、シリン
ダライナがセラミックスで製作されている場合には、外
環部材７をセラミックスで製作することができる。

【００２７】外環支持部材１０はピストン本体１のスカ
ート部３に形成されたボス部１３にピストンピン２２を
両側から挟むように配置され、外環部材７を支持するも
のである。外環支持部材１０はピストンピン２２の軸回
りに回動可能に設けられている。また、外環支持部材１
０は外環部材７の上下方向移動を規制し且つ外環部材７
のスラスト方向の相対移動を許容する案内溝１９を有し
ている。案内溝１９は外環支持部材１０の上部と下部に
それぞれ凸状に形成された係止部即ち鍔部２０，２１に
よって規定されている。案内溝１９の幅は外環部材７の
腕部１８の幅と略等しく形成されているので、腕部１８
は案内溝１９に係合可能である。腕部１８の案内溝１９
への係合により、外環部材７は腕部１８を介して外環支
持部材１０に形成された案内溝１９に摺動可能に支持さ
れる。また、案内溝１９の中央部にはスカート部３のピ
ン孔４に整合するピン孔２９が形成されている。

【００２８】ピストンピン２２は中心孔２８を有してお
り、該中心孔２８にはサブピストンピン２３の小径部２
４が圧入可能になっている。また、ピストンピン２２は
外周面の３箇所に即ち中央部と両端部に円周状に形成さ
れた油溝８，９を有しており、各油溝８，９は油路１
５，１６を介して中心孔２８に連通する。ピストンピン
２２をピストン本体１及びコンロッド１１に取り付けた
状態においては、図４に示すように、中央部の油溝８は
コンロッド１１の油路３８と連通し、両端部の油溝９は
ピストン本体１のピン孔４からスカート部３へ向かって
延びる油路６に連通する。

【００２９】サブピストンピン２３は、図１に示すよう
に、小径部２４と大径部２５とからなるピン部２６と、
大径部２５の端部に形成されたキャップ部２７とから構
成されている。小径部２４はピストンピン２２の中心孔
２８に圧入される。また、大径部２５は外環支持部材１
０のピン孔２９に嵌合される。

【００３０】このピストンの組立は以下のようにして行
われる。まず、ピストン本体１のピン孔４及びコンロッ
ド１１の小径部の孔にピストンピン２２を挿入して、ピ
ストン本体１にピストンピン２２を固定する。次いで、
ピストンピン２２を両側から挟むように外環支持部材１
０をピストン本体１のボス部１３に当てて、サブピスト
ンピン２３の先端の小径部２４をピストンピン２２の中
心孔２８に圧入する。これにより、サブピストンピン２
３の大径部２５が外環支持部材１０のピン孔２９に挿入
された状態になり、この状態で、外環支持部材１０はピ
ストンピン２２の軸回りに回動可能となる。その後、ピ
ストン本体１のスカート部３に対して、腕部１８を外環
支持部材１０の案内溝１９に挿入して外環部材７を嵌合
することにより、上記ピストンは組み立てられる。な
お、このピストンは、ピストン単体の状態においては、
外環部材７は腕部１８が外環支持部材１０の案内溝１９
から簡単に外れてしまうが、ピストンをシリンダ内に収
納した状態では、外環部材７は外環支持部材１０から外
れ落ちることはない。

【００３１】次に、外環部材７とピストン本体１のスカ
ート部３との関係について説明する。外環部材７とスカ
ート部３との間には、図２に示すように、隙間１４が形
成されている。隙間１４には油圧が供給される。外環部
材７は外周面の半径がシリンダボアの半径Ｂ_rと等しく
形成されているので、このピストンをシリンダ内に組み
込んだ状態においては、外環部材７はシリンダライナに
密着することになる。外環部材７の内周面の半径Ｒ₁
は、外環部材７の板厚をｔとするとき、Ｒ₁ ＝Ｂ_r−ｔ
で表される。これに対して、ピストン本体１は、スカー
ト部３の半径Ｒ₂が外環部材７の内周面の半径Ｒ₁ より
も大きく（Ｒ₁ ＞Ｒ₂ ）、且つスカート部３の半径Ｒ₂
の中心Ｐがピストン本体１の中心Ｐ₀ から反対方向に微
小距離Ｌ_sだけ離れるように即ち偏倚するように設定し
たものである。また、外環部材７とスカート部３との間
隔（クリアランス）の取り方について、スカート部３を
ピストン中心に対して楕円状に形成することもできる
（Ｒ₂ ＞Ｒ₁ ）。

【００３２】この結果、外環部材７とスカート部３との
隙間１４の間隔は、外環部材７の中央部３０と周辺部３
１とでは異なることになる。即ち、中央部３０の間隔
（クリアランス）をＣ₁ 、周辺部３１の間隔（クリアラ
ンス）をＣ₂ で表すとすれば、中央部３０の間隔Ｃ₁
は、Ｃ₁ ＝Ｒ₁ −（Ｒ₂ −Ｌ_S）となり、Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、
Ｌ_Sを適当に選ぶことにより、Ｃ₁ ＞Ｃ₂ となり、外環
部材７とスカート部３との間隔は、中央部３０から周辺
部３１に至るに従って、Ｃ₁ からＣ₂ まで徐々に小さく
なるように形成することができる。

【００３３】次に、この発明によるピストンについて、
ピストン本体の重心及び中心線、ピストンピン２２の軸
中心の相互の位置関係を図３に基づいて説明する。図３
に描かれた位置関係は、特にオフセット量について誇張
して描かれている。また、外環部材７は、想像線で示さ
れている。ピストンピン２２の軸中心Ｏは、従来の量産
型ピストンと同様、ピストン本体１の中心線Ａ−Ａに対
してスラスト側にオフセットしていてもよいが、必ずし
もこれに限られず、例えば、ピストン本体１の中心線Ａ
−Ａ上に位置していてもよい。また、この発明によるピ
ストン本体１の重心Ｇ₂は、ピストンピン２２の中心線
Ｏより２３．３ｍｍ上方に位置（従来の量産型ピストン
と同様。）しているが、ピストンピン２２の中心軸線Ｏ
に対しては、スラスト側に約０．３ｍｍオフセットして
いる。このオフセット量は、図５に示されるように、高
回転数運転で重心位置をオフセットさせていったとき
に、反スラスト側への衝突エネルギーが最小値を示すよ
うな位置としてシュミレーションにて求めたものであ
る。なお、その他の寸法は、図５に示すとおりであり、
ピストンピン２２の中心軸Ｏの位置は、スラスト側から
４７．７ｍｍ、ピストンのスカート部３の裾端からピス
トンヘッド側に４０ｍｍの位置にある。

【００３４】図５は、ピストン本体１の重心を、ピスト
ン本体１の中心線からスラスト方向又は反スラスト方向
に移動させた場合の、シリンダライナに対するピストン
の衝突エネルギーの計算結果をオーバーオール値で示し
たグラフである。図５では、ピストンピン２２の軸中心
を、ピストン本体１の中心線に対してスラスト側に０．
７ｍｍオフセットさせた場合と、オフセット無しとした
場合とを例にとって、ピストン本体１の重心位置に応じ
た、スラスト側と反スラスト側での衝突エネルギーの変
化が描かれている。図５から分かるように、ピストン本
体１の重心をピストン本体１の中心線から０．５〜１．
０ｍｍ程度スラスト方向に移動させた領域Ｅで、反スラ
スト側での衝突エネルギーは最小となっている（（Ｂ）
と（Ｄ））。また、ピストンピン２２の位置をオフセッ
トするか否かにかかわらず、ピストン本体１の重心をス
ラスト側に移動させるに連れて、スラスト側でも反スラ
スト側でも衝撃エネルギーは低下傾向にあるが、ピスト
ンピン２２をスラスト側にオフセットした場合（Ｂ）の
方が、オフセット無しとした場合（Ｄ）よりも衝突エネ
ルギーのレベルは低くなっている。

【００３５】次に、ピストンへの油圧供給経路について
説明する。図４に示すように、ピストン本体１は、コン
ロッド１１の小径端に形成された孔と、スカート部３の
ピン孔４にピストンピン２２を挿通することによって、
コンロッド１１の小径端に回転可能に支持される。ま
た、コンロッドの大径端はクランクシャフト３３のクラ
ンクピン３４にコンロッドベアリング３２を介して回転
可能に支持される。クランクシャフト３３はオイルギャ
ラリー３５を備えたシリンダブロック３６に回転自在に
支持される。

【００３６】一般に、ピストンは、オイルギャラリー３
５からシリンダブロック３６及びクランクシャフト３３
を経由してクランクピン３４まで油路３７が形成されて
いる。この実施例では、更にクランクピン３４の油路３
７に連通する油路３８がコンロッド１１に形成され、油
路３８に連通する油溝８がピストンピン２２の中央部周
面に形成されている。ピストンピン２２の中央部周面に
形成された油溝８は油路３９としての中心孔２８に連通
し、油路３９は更にピストンピンの両端部周面に形成さ
れた油溝９に連通している。また、油溝９はピストン本
体１におけるピン孔４からスカート部３へ向かって延び
る油路６に連通している。以上のように構成されている
から、オイルギャラリー３５から供給された圧油は、こ
れらの油路及び油溝を経由して、ピストン本体１のスカ
ート部３に形成された油溝５へと導かれ、外環部材７と
スカート部３との間の隙間１４に次々に供給されること
になる。勿論、この隙間１４は密閉空間ではないから、
圧油は隙間１４から次々に漏出する。この状態におい
て、外環部材７はシリンダライナのスラスト側の壁面に
向けて所定の圧力で押し付けられ、外環部材７の外周面
がシリンダライナの壁面に密着した状態になる。なお、
所定の圧力とは、外環部材７をシリンダライナの壁面に
常に軽く密着させておく程度の小さな圧力をいう。

【００３７】この発明によるピストンは、以上のような
構成を備えており、以下のように作動する。ピストンが
往復運動すると、外環部材７はピストン本体１と一体的
に往復運動する。また、ピストンの往復運動に従ってピ
ストン本体１はスラスト方向に移動し即ちピストンピン
２２の軸回りで揺動し、スラスト側においては、スカー
ト部３が外環部材７を介してシリンダライナの壁面に衝
突しようとする。その時、ピストン本体１は外環部材７
の方へ向かって移動するので、外環部材７とスカート部
３との間の隙間１４に満たされている圧油はスカート部
３の周辺部３１の隙間Ｃ₂ から押し出される。ところ
が、その隙間１４は外環部材７の中央部３０（隙間Ｃ
₁ ）で大きく且つ周辺部３１（隙間Ｃ₂ ）で小さく形成
されている（Ｃ₁ ＞Ｃ₂ ）ので、ピストン本体１が外環
部材７に接近するにつれて隙間１４は小さくなるととも
に、周辺部３１が絞りとしての機能を発揮するようにな
り、ピストン本体１は急に油圧による抵抗を受けて外環
部材７の方へ接近し難くなる。このようにピストン本体
１がピストンピン２２の軸回りに揺動した時に、ピスト
ン本体１は油圧緩衝作用を受けるので、スラスト側にお
けるスラップ音の発生は防止され、長期にわたってスラ
ップ音低減性能を維持することができる。

【００３８】また、このピストンは、特に、スカート部
３のスラスト側の表面に油溝５を形成するに当たり、そ
の形成箇所をピストンピン２２の軸中心よりも上方位置
で且つピストンリング溝１２よりも下方位置としたの
で、ピストンが反スラスト側に傾いた時にも油溝５から
供給される油圧により油膜切れは生じなくなる。その結
果、ピストンがスラスト側に移動する時には衝突部位ま
わりに十分な油膜が確保されているので、衝突が緩和さ
れ、確実にスラップ音を低減することができる。

【００３９】また、ピストン本体１の重心Ｇ₂をピスト
ン本体１の中心線Ａ−Ａに対してスラスト側にオフセッ
トしているので、図３に示すように、上死点に向かう速
度が減速中のピストンには、更に上昇し続けようとする
慣性力Ｆが働き、この慣性力Ｆを重心Ｇ₂に集約する
と、この慣性力Ｆはピストンピンの軸中心Ｏ回りにおい
てピストン本体１のクラウン部２を反スラスト方向に付
勢するモーメントを与える。混合気の圧縮圧力Ｐ_Cがピ
ストン本体１をピストンピン回りに回転させようとする
モーメントは、慣性力Ｆによるモーメントと同じく、ク
ラウン部２を反スラスト側に付勢する方向に働く（正味
のモーメントＭ）。したがって、圧縮行程の終期のピス
トン本体１に対して常にクラウン部２を反スラスト側に
押し付ける力が作用し続け、この力の作用方向がスラス
ト側から反スラスト側に変わることがないので、スラッ
プ音が発生するのを抑制することができる。

【００４０】なお、図７に示す歴波形の振動グラフは、
シリンダライナ壁面の振動を、シリンダに加速度センサ
ーを取り付け、チャージアンプを介してオシロスコープ
で計測することによって得たものである。定常的に見ら
れる振動は、動弁系、燃焼室等の要因による振動と見ら
れる。

【００４１】

【発明の効果】この発明によるピストンは上記のように
構成されているので、次のような効果を奏する。即ち、
このピストンは、ピストンリング溝を備えたクラウン部
とピストンピンを挿通するピン孔が形成されたボス部を
備えたスカート部とから構成したピストン本体、前記ス
カート部にスラスト側にのみ嵌合配設され且つ前記スカ
ート部との間にダンパー用オイルが導入される隙間を形
成している外環部材、及び前記ピストンピンの両端部に
取り付けられており、前記外環部材を前記ピストンピン
の軸回りに回動自在に且つ前記ピストン本体に対してス
ラスト方向に相対移動自在に支持する外環支持部材から
成り、前記ピストン本体の重心を前記ピストン本体の中
心線よりもスラスト側にオフセットしたので、例えば、
エンジンの爆発・膨張行程に入ったときのスラスト側で
の主たるスラップ音は、外環部材のオイルダンピング作
用によって軽減される。そして、反スラスト側における
低中回転数運転時にはもともと衝突エネルギーが小さ
く、高回転数運転時の衝突エネルギーについては、ピス
トン本体の重心をピストン本体の中心線からスラスト側
にオフセットしているので、エンジンの圧縮行程におい
て前記ピストンが上死点に向かう速度が減速するとき
に、前記ピストンは、前記ピストンに働く慣性力に基づ
いて、前記ピストンピンの回りにおいて前記クラウン部
が反スラスト方向に押し付けられる方向に作用するモー
メントを受けるため、ピストンは反スラスト側に押し付
けられながら上死点に向かうこととなり、シリンダライ
ナに衝突することが軽減している。その結果、特に高回
転数運転時の圧縮行程終期における反スラスト側でのピ
ストンのシリンダライナへの衝突エネルギーは最小に抑
えることができ、確実にスラップ音を低減することがで
きる。

【００４２】ピストンピンの軸中心を、ピストン本体の
中心線よりもスラスト側にオフセットさせると、圧縮行
程の終期における混合気の圧縮圧力は、ピストンをピス
トンピンの回りにおいて、クラウン部を反スラスト側に
押し付ける方向のモーメントを与えるので、圧縮行程終
期においてピストンが反スラスト側のシリンダライナに
衝突することによるスラップ音を更に軽減することがで
きる。

【００４３】更に、ピストン本体のスカート部と外環部
材との間に形成される隙間へのオイルの導入を、油圧源
から、前記ピストンピンに形成された油路、前記スカー
ト部に形成された油路及び前記スカート部のスラスト側
表面に形成された油溝を介して供給すると、撥上げ式や
噴射式のオイル供給に比較してオイルの供給が確実とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるエンジン用ピストンの一実施例
を示す分解斜視図である。

【図２】図１のピストンにおけるピストン本体と外環部
材との相互関係を示す断面図である。

【図３】図１のピストンの外観、重心及びピストン中心
線の配置関係を、従来の量産型ピストンの場合の配置関
係とともに示す正面図である。

【図４】図１のピストンへ油圧を供給するための油圧供
給経路を示す断面図である。

【図５】エンジン用ピストンにおける、ピストン本体の
重心位置を変化させたときの、スラスト側及び反スラス
ト側での衝突エネルギーの計算値を示すグラフである。

【図６】従来の量産型ピストン及び両側オイルダンピン
グ式ピストンにおける低回転数運転時及び高回転数運転
時の振動レベルを表すグラフである。

【図７】従来の量産型ピストン及び両側オイルダンピン
グ式ピストンにおける反スラスト側での振動の歴波形を
表すグラフである。

【図８】従来のエンジン用ピストンに働くスラスト力と
反スラスト側での衝突エネルギーを表すグラフである。

【図９】従来のエンジン用ピストンの圧縮行程終期にお
ける挙動の説明図である。

【符号の説明】【符号の説明】

１ピストン本体２クラウン部３スカート部４ピン孔５油溝６油路７外環部材９油溝１０外環支持部材１２ピストンリング溝１３ボス部１４隙間２２ピストンピン３９油路Ｇ₂ ピストン本体の重心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンリング溝を備えたクラウン部と
ピストンピンを挿通するピン孔が形成されたボス部を備
えたスカート部とから構成したピストン本体、前記スカ
ート部にスラスト側にのみ嵌合配設され且つ前記スカー
ト部との間にダンパー用オイルが導入される隙間を形成
している外環部材、及び前記ピストンピンの両端部に取
り付けられており、前記外環部材を前記ピストンピンの
軸回りに回動自在に且つ前記ピストン本体に対してスラ
スト方向に相対移動自在に支持する外環支持部材から成
り、前記ピストン本体の重心が前記ピストン本体の中心
線よりもスラスト側にオフセットされているエンジン用
ピストン。
【請求項２】前記ピストンピンの軸中心が、前記ピス
トン本体の中心線よりも前記スラスト側にオフセットさ
れている請求項１に記載のエンジン用ピストン。
【請求項３】前記ダンパー用オイルは、油圧源から、
前記ピストンピンに形成された油路、前記ピストンピン
の外周に形成された油溝、前記スカート部に形成された
油路、及び前記スカート部のスラスト側表面に形成され
た油溝を順次に介して前記隙間に供給される請求項１〜
２のいずれか１項に記載のエンジン用ピストン。
【請求項４】エンジンの圧縮行程において前記ピスト
ンが上死点に向かう速度が減速するときに、前記ピスト
ンは、前記ピストンに働く慣性力に基づいて、前記ピス
トンピンの回りにおいて前記クラウン部が反スラスト方
向に押し付けられる方向に作用するモーメントを受ける
請求項１〜３に記載のエンジン用ピストン。