JPH112155A - ピストン構造 - Google Patents
ピストン構造Info
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- JPH112155A JPH112155A JP15648397A JP15648397A JPH112155A JP H112155 A JPH112155 A JP H112155A JP 15648397 A JP15648397 A JP 15648397A JP 15648397 A JP15648397 A JP 15648397A JP H112155 A JPH112155 A JP H112155A
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 スラップ音を低減できるピストン構造を提供
すること。 【解決手段】 内燃機関用のピストン構造において、ピ
ストン１の基材よりも比重が大きいバランス部材１０を
ピストンスカート部４のピストンピン中心Ａよりも下方
に設けた。
すること。 【解決手段】 内燃機関用のピストン構造において、ピ
ストン１の基材よりも比重が大きいバランス部材１０を
ピストンスカート部４のピストンピン中心Ａよりも下方
に設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に使用さ
れるピストンの構造に関する。
れるピストンの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ピストンの頂面には、吸排気弁等との干
渉を避けるための逃げが形成される場合がある。特に、
ディーゼルエンジンに使用されるピストンの頂面には、
燃焼室の一部を形成する燃焼室凹みが形成されている。
これらは、ピストン中心に関して偏心して形成されるこ
とが多く、この場合には、ピストン重心がピストン中心
線上から移動する。このようなピストンがシリンダ内で
上下運動する場合には、ピストン中心線上にあるピスト
ンピン中心に関して、ピストン上下死点位置近傍におけ
るピストン重心位置に作用する慣性によってモーメント
が発生し、ピストンがシリンダ壁面に衝突してスラップ
音を発生する問題点があった。
渉を避けるための逃げが形成される場合がある。特に、
ディーゼルエンジンに使用されるピストンの頂面には、
燃焼室の一部を形成する燃焼室凹みが形成されている。
これらは、ピストン中心に関して偏心して形成されるこ
とが多く、この場合には、ピストン重心がピストン中心
線上から移動する。このようなピストンがシリンダ内で
上下運動する場合には、ピストン中心線上にあるピスト
ンピン中心に関して、ピストン上下死点位置近傍におけ
るピストン重心位置に作用する慣性によってモーメント
が発生し、ピストンがシリンダ壁面に衝突してスラップ
音を発生する問題点があった。
【０００３】このスラップ音を低減するために、ピスト
ンピン中心をピストン中心線上からスラスト側へオフセ
ットしたピストンピンオフセットと呼ばれる技術が知ら
れている。また、ピストンに一体に鋳込まれるととも
に、リング溝を形成する鋳鉄製リングの断面積を変化さ
せることにより、同鋳鉄製リングの重心位置を変化させ
て、ピストンの重心をピストン中心線上に修正する技術
も知られている。
ンピン中心をピストン中心線上からスラスト側へオフセ
ットしたピストンピンオフセットと呼ばれる技術が知ら
れている。また、ピストンに一体に鋳込まれるととも
に、リング溝を形成する鋳鉄製リングの断面積を変化さ
せることにより、同鋳鉄製リングの重心位置を変化させ
て、ピストンの重心をピストン中心線上に修正する技術
も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ピストンピンオフセット技術や、ピストン重心をピスト
ン中心線上に修正する技術では、スラップ音の十分な低
減が困難であり、スラップ音による騒音が大きいという
問題点がある。特に、燃焼圧力の影響が大きいアイドル
状態（低回転時）と、慣性力の影響が大きい高回転・高
負荷状態とでは、ピストンの上下死点近傍でのピストン
重心に作用するモーメントが異なり、各状態において最
適な重心位置が必要となる。したがって、アイドル状態
と高回転・高負荷状態とにおける各スラップ音の低減の
両立が困難であり、エンジンの全運転域に亘ってスラッ
プ音の低減が望まれている。
ピストンピンオフセット技術や、ピストン重心をピスト
ン中心線上に修正する技術では、スラップ音の十分な低
減が困難であり、スラップ音による騒音が大きいという
問題点がある。特に、燃焼圧力の影響が大きいアイドル
状態（低回転時）と、慣性力の影響が大きい高回転・高
負荷状態とでは、ピストンの上下死点近傍でのピストン
重心に作用するモーメントが異なり、各状態において最
適な重心位置が必要となる。したがって、アイドル状態
と高回転・高負荷状態とにおける各スラップ音の低減の
両立が困難であり、エンジンの全運転域に亘ってスラッ
プ音の低減が望まれている。
【０００５】よって、本発明の目的は、スラップ音を低
減できるピストン構造を提供することにある。
減できるピストン構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、内燃
機関用のピストン構造において、ピストンの基材よりも
比重が大きいバランス部材をピストンスカート部のピス
トンピン中心よりも下方に設けた構成であり、この構成
によって、ピストンの重心が下がり、ピストンの重心が
ピストンピン中心に近づく。
機関用のピストン構造において、ピストンの基材よりも
比重が大きいバランス部材をピストンスカート部のピス
トンピン中心よりも下方に設けた構成であり、この構成
によって、ピストンの重心が下がり、ピストンの重心が
ピストンピン中心に近づく。
【０００７】請求項２の発明は、内燃機関用のピストン
構造において、ピストンの基材よりも比重が大きいバラ
ンス部材をピストンスカート部のスラスト側に設けた構
成であり、この構成によって、ピストンの重心がピスト
ンのスラスト側に移動する。
構造において、ピストンの基材よりも比重が大きいバラ
ンス部材をピストンスカート部のスラスト側に設けた構
成であり、この構成によって、ピストンの重心がピスト
ンのスラスト側に移動する。
【０００８】請求項３の発明は、内燃機関用のピストン
構造において、ピストンの基材よりも比重が大きいバラ
ンス部材をピストンスカート部のピストンピン中心より
も下方であり、かつ、スラスト側に設けた構成であり、
この構成によって、ピストンの重心が下がるとともに、
ピストンの重心がピストンのスラスト側に移動する。
構造において、ピストンの基材よりも比重が大きいバラ
ンス部材をピストンスカート部のピストンピン中心より
も下方であり、かつ、スラスト側に設けた構成であり、
この構成によって、ピストンの重心が下がるとともに、
ピストンの重心がピストンのスラスト側に移動する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１において、符号１は、内燃機関としてのデ
ィーゼルエンジンに使用されるピストンを、符号２は、
ピストン１を収容するシリンダをそれぞれ示す。ピスト
ン１は、アルミニウム合金により鋳造され、ヘッド部
３、スカート部４、ピストンリング５及びピストンピン
６を支持するピンボス部７から主に構成されている。
明する。図１において、符号１は、内燃機関としてのデ
ィーゼルエンジンに使用されるピストンを、符号２は、
ピストン１を収容するシリンダをそれぞれ示す。ピスト
ン１は、アルミニウム合金により鋳造され、ヘッド部
３、スカート部４、ピストンリング５及びピストンピン
６を支持するピンボス部７から主に構成されている。
【００１０】ヘッド部３の頂面３ａには、燃焼室の一部
を形成する燃焼室凹み８が形成されている。燃焼室凹み
８は、図示しない燃料噴射ノズルが吸排気弁との干渉を
避けて配置されるため、ピストン中心線Ａに対して図
中、右側に偏心して設けられている。ヘッド部３の内部
には、ピストン１、特にヘッド部３を冷却するための空
間９が燃焼室凹み８の外周を覆うように円環状に形成さ
れている。ピストンピン６の中心６ａは、ピストン中心
線Ａ上に位置している。
を形成する燃焼室凹み８が形成されている。燃焼室凹み
８は、図示しない燃料噴射ノズルが吸排気弁との干渉を
避けて配置されるため、ピストン中心線Ａに対して図
中、右側に偏心して設けられている。ヘッド部３の内部
には、ピストン１、特にヘッド部３を冷却するための空
間９が燃焼室凹み８の外周を覆うように円環状に形成さ
れている。ピストンピン６の中心６ａは、ピストン中心
線Ａ上に位置している。
【００１１】スカート部４の下部外周には、バランス部
材としての金属製のリング１０が設けられている。リン
グ１０は、ピストン１の基材（アルミニウム合金）より
も比重が重い材質から形成されており、ピストン１の鋳
造時に一体に鋳込まれる。本実施例では、リング１０が
ニッケル含有鋳鉄であるニレジストから形成されてい
る。ニレジストの比重は、略９であり、アルミニウム合
金の比重（略３）よりも大きい。
材としての金属製のリング１０が設けられている。リン
グ１０は、ピストン１の基材（アルミニウム合金）より
も比重が重い材質から形成されており、ピストン１の鋳
造時に一体に鋳込まれる。本実施例では、リング１０が
ニッケル含有鋳鉄であるニレジストから形成されてい
る。ニレジストの比重は、略９であり、アルミニウム合
金の比重（略３）よりも大きい。
【００１２】リング１０は、図中、右側の断面積よりも
左側の断面積が大きくなるように、その断面積が漸次変
化されて形成されている。すなわち、ピストン１のスラ
スト側に鋳込まれたリング１０の断面積が反スラスト側
に鋳込まれたリング１０の断面積よりも大きくなってい
る。ここで、ピストン１のスラスト側とは、膨張行程に
ピストン１がシリンダ２の壁面２ａに接する側をいい、
図中、ピストン１の左側である。
左側の断面積が大きくなるように、その断面積が漸次変
化されて形成されている。すなわち、ピストン１のスラ
スト側に鋳込まれたリング１０の断面積が反スラスト側
に鋳込まれたリング１０の断面積よりも大きくなってい
る。ここで、ピストン１のスラスト側とは、膨張行程に
ピストン１がシリンダ２の壁面２ａに接する側をいい、
図中、ピストン１の左側である。
【００１３】上述したように、空間９及びリング１０が
ピストン１にそれぞれ設けられているので、ピストン１
の重心を下げること、すなわち、ピストン１の重心をピ
ストンピン中心６ａに近づけることができ、また、リン
グ１０の図中、左側の断面積が右側の断面積よりも大き
いので、ピストン１の重心をピストン１の図中、左側
（スラスト側）に移動することができる。
ピストン１にそれぞれ設けられているので、ピストン１
の重心を下げること、すなわち、ピストン１の重心をピ
ストンピン中心６ａに近づけることができ、また、リン
グ１０の図中、左側の断面積が右側の断面積よりも大き
いので、ピストン１の重心をピストン１の図中、左側
（スラスト側）に移動することができる。
【００１４】図１において、空間９及びリング１０がピ
ストン１に設けられる前のピストン１の重心は、燃焼室
凹み８が図中、右側に偏心しているために、ピストン中
心線Ａに対して図中、左側に偏心している（符号Ｇ１で
示す）。これに対して、空間９及びリング１０がピスト
ン１にそれぞれ設けられた後のピストン１の重心は、図
中、符号Ｇ２で示す位置に移動する。すなわち、ピスト
ン１の上下方向をＸ方向、ピストン１のスラスト−反ス
ラスト方向をＹ方向とすると、ピストン１の重心Ｇ１
は、空間９及びリング１０がピストン１にそれぞれ設け
られることによって、Ｘ方向に移動量Ｘ１で、Ｙ方向に
移動量Ｙ１でそれぞれ移動して重心Ｇ２に移動する。な
お、ピストン１の上下方向とは、ピストンピン中心６ａ
に直交し、かつ、ピストン中心線Ａに平行な方向であ
り、ピストン１のスラスト−反スラスト方向とは、ピス
トンピン中心６ａに直交し、かつ、ピストン１のスラス
ト側と反スラスト側を貫く方向である。
ストン１に設けられる前のピストン１の重心は、燃焼室
凹み８が図中、右側に偏心しているために、ピストン中
心線Ａに対して図中、左側に偏心している（符号Ｇ１で
示す）。これに対して、空間９及びリング１０がピスト
ン１にそれぞれ設けられた後のピストン１の重心は、図
中、符号Ｇ２で示す位置に移動する。すなわち、ピスト
ン１の上下方向をＸ方向、ピストン１のスラスト−反ス
ラスト方向をＹ方向とすると、ピストン１の重心Ｇ１
は、空間９及びリング１０がピストン１にそれぞれ設け
られることによって、Ｘ方向に移動量Ｘ１で、Ｙ方向に
移動量Ｙ１でそれぞれ移動して重心Ｇ２に移動する。な
お、ピストン１の上下方向とは、ピストンピン中心６ａ
に直交し、かつ、ピストン中心線Ａに平行な方向であ
り、ピストン１のスラスト−反スラスト方向とは、ピス
トンピン中心６ａに直交し、かつ、ピストン１のスラス
ト側と反スラスト側を貫く方向である。
【００１５】したがって、ピストン１の重心がピストン
ピン中心６ａに近づくことによって、ピストンピン中心
６ａからピストン１の重心までの距離がＬ１からＬ２へ
と短くなるので、膨張行程時に、ピストン重心位置に作
用するモーメント力が低減され、ピストン１がシリンダ
壁面に衝突する衝突力も低減され、スラップ音を低減で
きる。特に、リング１０がピストン１の比重よりも大き
い比重を有するニレジストからなるので、ピストン１の
大型化を防止するとともに、ピストン１の重心を下げる
ことができる。
ピン中心６ａに近づくことによって、ピストンピン中心
６ａからピストン１の重心までの距離がＬ１からＬ２へ
と短くなるので、膨張行程時に、ピストン重心位置に作
用するモーメント力が低減され、ピストン１がシリンダ
壁面に衝突する衝突力も低減され、スラップ音を低減で
きる。特に、リング１０がピストン１の比重よりも大き
い比重を有するニレジストからなるので、ピストン１の
大型化を防止するとともに、ピストン１の重心を下げる
ことができる。
【００１６】上述の実施例では、ピストン１の重心を下
げるため、すなわち、ピストン１の重心をピストンピン
中心６ａに近づけるために、空間９をピストン１の上部
に設けるとともに、リング１０をピストン１の下部に設
けていた。しかし、ピストン１の重心を下げるために、
空間９をピストン１の上部に設ける方法と、リング１０
をピストン１の下部に設ける方法とのうち何れか一方の
方法のみを用いても良い。どちらの方法によってもピス
トン１の重心を下がることができるが、空間９をピスト
ン１の上部に設ける方法では、ヘッド部２の強度を維持
する関係上、空間９の大きさ（容量）には限界があり、
リング１０をピストン１の下部に設ける方法では、ピス
トン１の重量が増加する。そこで、上述した実施例のよ
うに、空間９及びリング１０を共にピストン１に設ける
ことによって、ピストン１の重心を下げることができる
とともに、ピストン１の重量増加を最小限に抑えること
ができる。
げるため、すなわち、ピストン１の重心をピストンピン
中心６ａに近づけるために、空間９をピストン１の上部
に設けるとともに、リング１０をピストン１の下部に設
けていた。しかし、ピストン１の重心を下げるために、
空間９をピストン１の上部に設ける方法と、リング１０
をピストン１の下部に設ける方法とのうち何れか一方の
方法のみを用いても良い。どちらの方法によってもピス
トン１の重心を下がることができるが、空間９をピスト
ン１の上部に設ける方法では、ヘッド部２の強度を維持
する関係上、空間９の大きさ（容量）には限界があり、
リング１０をピストン１の下部に設ける方法では、ピス
トン１の重量が増加する。そこで、上述した実施例のよ
うに、空間９及びリング１０を共にピストン１に設ける
ことによって、ピストン１の重心を下げることができる
とともに、ピストン１の重量増加を最小限に抑えること
ができる。
【００１７】さらに、ピストン１の重心がスラスト側に
移動することによって、ピストン１がシリンダ２の壁面
２ａに衝突する直前のピストン速度が遅くなり、衝撃が
緩和されて衝突力が低減されるので、スラップ音を低減
できる。この衝突力の低減について図２を参照して説明
する。同図において、図中、左側をピストン１のスラス
ト側とする。
移動することによって、ピストン１がシリンダ２の壁面
２ａに衝突する直前のピストン速度が遅くなり、衝撃が
緩和されて衝突力が低減されるので、スラップ音を低減
できる。この衝突力の低減について図２を参照して説明
する。同図において、図中、左側をピストン１のスラス
ト側とする。
【００１８】図２（ａ）に示すように、圧縮行程では、
ピストン１は、反スラスト側のシリンダ２の壁面２ａに
接触しつつシリンダ２内を上昇する。次に、図２（ｂ）
に示すように、ピストン１が上死点に達した直後では、
ピストン１の反スラスト側及びスラスト側の何れの側も
シリンダ２の壁面２ａに押圧されない状態を保ちつつ下
降し、図２（ｃ）に示すように、ピストン１がピストン
ピン中心６ａを中心として図中、矢印Ｂの向きに傾き、
ピストン１のスラスト側のスカート部４の下端部が、シ
リンダ２の壁面２ａに衝突する。このとき、ピストン１
とシリンダ２の壁面２ａとのなす角度θが小さいた
め、、ピストン１がシリンダ２の壁面２ａに衝突する直
前のピストン速度が遅くなる。
ピストン１は、反スラスト側のシリンダ２の壁面２ａに
接触しつつシリンダ２内を上昇する。次に、図２（ｂ）
に示すように、ピストン１が上死点に達した直後では、
ピストン１の反スラスト側及びスラスト側の何れの側も
シリンダ２の壁面２ａに押圧されない状態を保ちつつ下
降し、図２（ｃ）に示すように、ピストン１がピストン
ピン中心６ａを中心として図中、矢印Ｂの向きに傾き、
ピストン１のスラスト側のスカート部４の下端部が、シ
リンダ２の壁面２ａに衝突する。このとき、ピストン１
とシリンダ２の壁面２ａとのなす角度θが小さいた
め、、ピストン１がシリンダ２の壁面２ａに衝突する直
前のピストン速度が遅くなる。
【００１９】さらに、図２（ｄ）に示すように、膨張行
程時では、ヘッド部３の頂面３ａに加わる燃焼圧と、ピ
ストン１のスラスト側の下端部がシリンダ２の壁面２ａ
に衝突した反動力とによって、ピストン１がピストンピ
ン中心６ａを中心として図中、矢印Ｃの向きに傾き、ピ
ストン１のスラスト側のスカート部４の上端部がシリン
ダ２の壁面２ａに衝突する。このとき、ピストン１がシ
リンダ２の壁面２ａに衝突する直前のピストン速度が遅
くなり、ピストン１のシリンダ２の壁面２ａへの衝撃が
緩和されて衝突力が低減されるので、スラップ音を有効
に低減できる。なお、図中、符号１１はコネクティング
ロッドを示す。
程時では、ヘッド部３の頂面３ａに加わる燃焼圧と、ピ
ストン１のスラスト側の下端部がシリンダ２の壁面２ａ
に衝突した反動力とによって、ピストン１がピストンピ
ン中心６ａを中心として図中、矢印Ｃの向きに傾き、ピ
ストン１のスラスト側のスカート部４の上端部がシリン
ダ２の壁面２ａに衝突する。このとき、ピストン１がシ
リンダ２の壁面２ａに衝突する直前のピストン速度が遅
くなり、ピストン１のシリンダ２の壁面２ａへの衝撃が
緩和されて衝突力が低減されるので、スラップ音を有効
に低減できる。なお、図中、符号１１はコネクティング
ロッドを示す。
【００２０】図２では、膨張行程時（上死点）における
ピストン１のシリンダ２への衝突を説明したが、ピスト
ン１が下死点（排気行程や圧縮行程の開始時）にあると
きには、ピストン１のシリンダ２への衝突は、図２で説
明した状態とは逆の状態となり、このときのスラップ音
は、従来のスラップ音よりも大きくなる。しかしなが
ら、ピストン１の膨張行程時におけるスラップ音と、下
死点におけるスラップ音を比較すると、膨張行程時では
ピストン１に燃焼圧が加わることによりピストン１のシ
リンダ２への衝突力は、下死点におけるその衝突力より
も大きく、膨張行程時におけるスラップ音は、下死点に
おけるスラップ音よりもはるかに大きい。よって、スラ
ップ音を低減するためには、膨張行程時におけるスラッ
プ音を低減することが最も有効である。
ピストン１のシリンダ２への衝突を説明したが、ピスト
ン１が下死点（排気行程や圧縮行程の開始時）にあると
きには、ピストン１のシリンダ２への衝突は、図２で説
明した状態とは逆の状態となり、このときのスラップ音
は、従来のスラップ音よりも大きくなる。しかしなが
ら、ピストン１の膨張行程時におけるスラップ音と、下
死点におけるスラップ音を比較すると、膨張行程時では
ピストン１に燃焼圧が加わることによりピストン１のシ
リンダ２への衝突力は、下死点におけるその衝突力より
も大きく、膨張行程時におけるスラップ音は、下死点に
おけるスラップ音よりもはるかに大きい。よって、スラ
ップ音を低減するためには、膨張行程時におけるスラッ
プ音を低減することが最も有効である。
【００２１】例えば、従来では膨張行程時におけるスラ
ップ音が１００であり、下死点におけるスラップ音が６
０であったとすると、本実施例の構成により、膨張行程
時におけるスラップ音が８０に低減され、下死点におけ
るスラップ音が７０になったとしても、総合的には、従
来のスラップ音を１００から８０に低減していることに
なるので、実質的にはスラップ音を低減できる。
ップ音が１００であり、下死点におけるスラップ音が６
０であったとすると、本実施例の構成により、膨張行程
時におけるスラップ音が８０に低減され、下死点におけ
るスラップ音が７０になったとしても、総合的には、従
来のスラップ音を１００から８０に低減していることに
なるので、実質的にはスラップ音を低減できる。
【００２２】次に、上述のピストン１の重心のＸ，Ｙ方
向への各移動量Ｘ１，Ｙ１について説明する。ピストン
１の重心の各方向へのそれぞれの移動量は、図３に示す
シミュレーション解析により求められる。このシミュレ
ーションは、エンジン運転状態がアイドル状態（低回転
時）である場合と、エンジン運転状態が高回転・高負荷
状態である場合とにおいて、ピストン１の重心を各方向
へそれぞれの移動したときの、膨張行程時におけるピス
トン１のシリンダ２の壁面２ａへの衝突力を解析したも
のであり、この結果を図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示
す。図３（ａ），（ｂ）において、Ｘ軸にピストン１の
上下方向における重心移動量（ｍｍ）を、Ｙ軸にピスト
ン１のスラスト−反スラスト方向における重心移動量
（ｍｍ）を、Ｚ軸にピストン１がシリンダ２の壁面２ａ
に衝突したときの衝突力（ｋｇ）をそれぞれ示す。ま
た、図３（ａ），（ｂ）のＸ，Ｙ軸において、空間９及
びリング１０がピストン１に設けられる前のピストン１
の重心位置をＧ１でそれぞれ示す。
向への各移動量Ｘ１，Ｙ１について説明する。ピストン
１の重心の各方向へのそれぞれの移動量は、図３に示す
シミュレーション解析により求められる。このシミュレ
ーションは、エンジン運転状態がアイドル状態（低回転
時）である場合と、エンジン運転状態が高回転・高負荷
状態である場合とにおいて、ピストン１の重心を各方向
へそれぞれの移動したときの、膨張行程時におけるピス
トン１のシリンダ２の壁面２ａへの衝突力を解析したも
のであり、この結果を図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示
す。図３（ａ），（ｂ）において、Ｘ軸にピストン１の
上下方向における重心移動量（ｍｍ）を、Ｙ軸にピスト
ン１のスラスト−反スラスト方向における重心移動量
（ｍｍ）を、Ｚ軸にピストン１がシリンダ２の壁面２ａ
に衝突したときの衝突力（ｋｇ）をそれぞれ示す。ま
た、図３（ａ），（ｂ）のＸ，Ｙ軸において、空間９及
びリング１０がピストン１に設けられる前のピストン１
の重心位置をＧ１でそれぞれ示す。
【００２３】図３（ａ），（ｂ）から明らかなように、
ピストン１の重心位置を下げること、すなわち、ピスト
ン１の重心位置をピストンピン中心６ａに近づけること
によって、衝突力が小さくなる。また、図３（ｂ）から
明らかなように、ピストン１の重心位置をスラスト側へ
移動し、かつ、ピストン１の重心位置を下げることによ
って、衝突力が小さくなる。
ピストン１の重心位置を下げること、すなわち、ピスト
ン１の重心位置をピストンピン中心６ａに近づけること
によって、衝突力が小さくなる。また、図３（ｂ）から
明らかなように、ピストン１の重心位置をスラスト側へ
移動し、かつ、ピストン１の重心位置を下げることによ
って、衝突力が小さくなる。
【００２４】以上のシミュレーション結果から、アイド
ル状態と高回転・高負荷状態とにおける各スラップ音を
低減するためには、ピストン１の重心位置を下げるこ
と、すなわち、ピストン１の重心位置をピストンピン中
心６ａに近づけることが有効であり、さらに、ピストン
１の重心位置をスラスト側へ移動することも有効である
ことが明らかである。よって、シミュレーション結果に
基づいて、空間９の大きさ（容量）、リング１０の重量
及びリング１０の断面積がそれぞれ決定される。すなわ
ち、ピストン１の重心がシミュレーション結果により求
められる所定の重心位置に移動するように、空間９の大
きさ（容量）、リング１０の重量及びリング１０の断面
積がそれぞれ決定される。
ル状態と高回転・高負荷状態とにおける各スラップ音を
低減するためには、ピストン１の重心位置を下げるこ
と、すなわち、ピストン１の重心位置をピストンピン中
心６ａに近づけることが有効であり、さらに、ピストン
１の重心位置をスラスト側へ移動することも有効である
ことが明らかである。よって、シミュレーション結果に
基づいて、空間９の大きさ（容量）、リング１０の重量
及びリング１０の断面積がそれぞれ決定される。すなわ
ち、ピストン１の重心がシミュレーション結果により求
められる所定の重心位置に移動するように、空間９の大
きさ（容量）、リング１０の重量及びリング１０の断面
積がそれぞれ決定される。
【００２５】図４（ａ），（ｂ）に、ピストン１の重心
が、基準位置（図１における重心Ｇ１）にある場合と、
この基準位置よりも上方にある場合と、基準位置よりも
下方にある場合とにおいて、アイドル状態及び高回転・
高負荷状態におけるスラップ音をそれぞれ測定した結果
を示す。なお、スラップ音の測定は、エンジンから略１
ｍ離れた位置で行った。図４（ａ），（ｂ）において、
横軸にスラップ音の周波数（Ｈｚ）が、縦軸にスラップ
音の騒音レベル（ｄＢ（Ａ））がそれぞれ設定されてい
る。図中、一点鎖線Ｄ１がピストン１の重心が基準位置
である場合の測定結果を、破線Ｄ２がピストン１の重心
が基準位置よりも上方にある場合の測定結果を、実線Ｄ
３がピストン１の重心が基準位置よりも下方にある場合
の測定結果をそれぞれ示している。図４（ａ），（ｂ）
から明らかなように、ピストン１の重心が基準位置より
も下方にある場合（Ｄ３）には、周波数略全域に亘って
スラップ音の騒音レベルが基準位置の騒音レベルよりも
低減している。
が、基準位置（図１における重心Ｇ１）にある場合と、
この基準位置よりも上方にある場合と、基準位置よりも
下方にある場合とにおいて、アイドル状態及び高回転・
高負荷状態におけるスラップ音をそれぞれ測定した結果
を示す。なお、スラップ音の測定は、エンジンから略１
ｍ離れた位置で行った。図４（ａ），（ｂ）において、
横軸にスラップ音の周波数（Ｈｚ）が、縦軸にスラップ
音の騒音レベル（ｄＢ（Ａ））がそれぞれ設定されてい
る。図中、一点鎖線Ｄ１がピストン１の重心が基準位置
である場合の測定結果を、破線Ｄ２がピストン１の重心
が基準位置よりも上方にある場合の測定結果を、実線Ｄ
３がピストン１の重心が基準位置よりも下方にある場合
の測定結果をそれぞれ示している。図４（ａ），（ｂ）
から明らかなように、ピストン１の重心が基準位置より
も下方にある場合（Ｄ３）には、周波数略全域に亘って
スラップ音の騒音レベルが基準位置の騒音レベルよりも
低減している。
【００２６】図５に、ピストン１の重心を基準位置（図
１における重心Ｇ１）から上下移動したときのスラップ
音の変化を測定した結果を示す。なお、スラップ音の測
定は、エンジンから略１ｍ離れた位置で行った。図５か
ら明らかなように、ピストン１の重心が基準位置よりも
下方にある場合には、スラップ音の騒音レベルが基準位
置の騒音レベルよりも低減している。
１における重心Ｇ１）から上下移動したときのスラップ
音の変化を測定した結果を示す。なお、スラップ音の測
定は、エンジンから略１ｍ離れた位置で行った。図５か
ら明らかなように、ピストン１の重心が基準位置よりも
下方にある場合には、スラップ音の騒音レベルが基準位
置の騒音レベルよりも低減している。
【００２７】図１において、リング１０の代わりに、符
号１５で示すバランス部材をスカート部４のスラスト側
のみに設けても良い。バランス部材１５には、上述の実
施例と同様にピストン１の基材よりも比重が大きい材質
を用いる。また、リング１０の代わりに、ピストンの基
材よりも比重が大きいバランス部材を、スカート部のピ
ストンピン中心線に関して対称位置にそれぞれ設けても
良い。このとき、ピストンのスラスト側のバランス部材
を大きくすることにより、ピストンの重心をスラスト側
に移動することができる。
号１５で示すバランス部材をスカート部４のスラスト側
のみに設けても良い。バランス部材１５には、上述の実
施例と同様にピストン１の基材よりも比重が大きい材質
を用いる。また、リング１０の代わりに、ピストンの基
材よりも比重が大きいバランス部材を、スカート部のピ
ストンピン中心線に関して対称位置にそれぞれ設けても
良い。このとき、ピストンのスラスト側のバランス部材
を大きくすることにより、ピストンの重心をスラスト側
に移動することができる。
【００２８】上述の実施例では、ピストン１の重心はピ
ストンピン中心６ａと一致していないが、理論的には、
ピストン１の重心がピストンピン中心６ａに一致するこ
とによって、ピストン１に作用するモーメントは最小に
なるので、ピストン１の重心は、ピストンピン中心６ａ
に一致することが望ましい。しかし、実際には、ピスト
ン１の重量増加に限度があり、ピストン１の重心をスラ
スト側へ移動することによってもスラップ音の低減に効
果があることからピストン１の重心はピストンピン中心
６ａに必ずしも一致していない。
ストンピン中心６ａと一致していないが、理論的には、
ピストン１の重心がピストンピン中心６ａに一致するこ
とによって、ピストン１に作用するモーメントは最小に
なるので、ピストン１の重心は、ピストンピン中心６ａ
に一致することが望ましい。しかし、実際には、ピスト
ン１の重量増加に限度があり、ピストン１の重心をスラ
スト側へ移動することによってもスラップ音の低減に効
果があることからピストン１の重心はピストンピン中心
６ａに必ずしも一致していない。
【００２９】また、上述の実施例では、ピストン１の重
心をピストンピン中心６ａよりもスラスト側に移動して
いたが、これとは逆に、ピストン１の重心をピストンピ
ン中心６ａよりも反スラスト側に移動することによっ
て、従来のスラスト側へのピストンピンオフセットに相
当する状態も作り出せ、この場合には、従来のピストン
ピンオフセットと同様にスラップ音を低減することもで
きる。
心をピストンピン中心６ａよりもスラスト側に移動して
いたが、これとは逆に、ピストン１の重心をピストンピ
ン中心６ａよりも反スラスト側に移動することによっ
て、従来のスラスト側へのピストンピンオフセットに相
当する状態も作り出せ、この場合には、従来のピストン
ピンオフセットと同様にスラップ音を低減することもで
きる。
【００３０】さらに、本発明をディーゼルエンジンに用
いられるピストンに適用した場合について説明したが、
本発明をガソリンエンジンに用いられるピストンに適用
した場合でも同様の効果を得ることができる。
いられるピストンに適用した場合について説明したが、
本発明をガソリンエンジンに用いられるピストンに適用
した場合でも同様の効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の発明によれば、ピストンの重心が下がり、ピストンの
重心がピストンピン中心に近づくので、ピストンピン中
心からピストンの重心までの距離が短くなり、膨張行程
時に、ピストン重心位置に作用するモーメント力が低減
されて、ピストンがシリンダ壁面に衝突する衝突力が低
減され、スラップ音を低減できる。また、アイドル状態
（低回転時）と高回転・高負荷状態とにおける各スラッ
プ音も低減でき、エンジンの全運転域に亘ってスラップ
音を低減できる。
の発明によれば、ピストンの重心が下がり、ピストンの
重心がピストンピン中心に近づくので、ピストンピン中
心からピストンの重心までの距離が短くなり、膨張行程
時に、ピストン重心位置に作用するモーメント力が低減
されて、ピストンがシリンダ壁面に衝突する衝突力が低
減され、スラップ音を低減できる。また、アイドル状態
（低回転時）と高回転・高負荷状態とにおける各スラッ
プ音も低減でき、エンジンの全運転域に亘ってスラップ
音を低減できる。
【００３２】請求項２の発明によれば、ピストンの重心
がスラスト側に移動することによって、ピストンがシリ
ンダ壁面に衝突する直前のピストン速度が遅くなり、ピ
ストンのシリンダ壁面への衝突力が低減されるので、ス
ラップ音を低減できる。
がスラスト側に移動することによって、ピストンがシリ
ンダ壁面に衝突する直前のピストン速度が遅くなり、ピ
ストンのシリンダ壁面への衝突力が低減されるので、ス
ラップ音を低減できる。
【００３３】請求項３の発明によれば、ピストンの重心
が下がるとともに、ピストンの重心がピストンのスラス
ト側に移動するので、膨張行程時に、ピストンがシリン
ダ壁面に衝突する直前のピストン速度が遅くなり、ピス
トンのシリンダ壁面への衝突力が低減されるので、効果
的にスラップ音を低減できる。
が下がるとともに、ピストンの重心がピストンのスラス
ト側に移動するので、膨張行程時に、ピストンがシリン
ダ壁面に衝突する直前のピストン速度が遅くなり、ピス
トンのシリンダ壁面への衝突力が低減されるので、効果
的にスラップ音を低減できる。
【図１】本発明のピストン構造を示すピストンの縦断面
図である。
図である。
【図２】ピストンのシリンダ壁面への衝突を説明するた
めの概略図であり、（ａ）は圧縮行程時を、（ｂ）はピ
ストンが上死点に達した直後を、（ｃ）はピストンがシ
リンダ壁面に衝突した状態を、（ｄ）は膨張行程時をそ
れぞれ示す。
めの概略図であり、（ａ）は圧縮行程時を、（ｂ）はピ
ストンが上死点に達した直後を、（ｃ）はピストンがシ
リンダ壁面に衝突した状態を、（ｄ）は膨張行程時をそ
れぞれ示す。
【図３】最適なピストン重心を求めるためのシミュレー
ション解析による特性図であり、（ａ）はエンジン運転
状態がアイドルである場合を、（ｂ）はエンジン運転状
態が高回転・高負荷である場合をそれぞれ示す。
ション解析による特性図であり、（ａ）はエンジン運転
状態がアイドルである場合を、（ｂ）はエンジン運転状
態が高回転・高負荷である場合をそれぞれ示す。
【図４】ピストン重心を基準位置から上下移動した場合
における各スラップ音をそれぞれ測定した特性図であ
り、（ａ）はエンジン運転状態がアイドルである場合
を、（ｂ）はエンジン運転状態が高回転・高負荷である
場合をそれぞれ示す。
における各スラップ音をそれぞれ測定した特性図であ
り、（ａ）はエンジン運転状態がアイドルである場合
を、（ｂ）はエンジン運転状態が高回転・高負荷である
場合をそれぞれ示す。
【図５】ピストン重心を基準位置から上下移動したとき
のスラップ音変化量の測定結果の説明図である。
のスラップ音変化量の測定結果の説明図である。
１ ピストン ２ シリンダ ４ スカート部 ６ ピストンピン ６ａ ピストンピン中心 ９ 空間 １０ リング（バランス部材） Ａ ピストン中心線 Ｇ１，Ｇ２ 重心
Claims (3)
- 【請求項１】内燃機関用のピストン構造において、 ピストンの基材よりも比重が大きいバランス部材をピス
トンスカート部のピストンピン中心よりも下方に設けた
ことを特徴とするピストン構造。 - 【請求項２】内燃機関用のピストン構造において、 ピストンの基材よりも比重が大きいバランス部材をピス
トンスカート部のスラスト側に設けたことを特徴とする
ピストン構造。 - 【請求項３】内燃機関用のピストン構造において、 ピストンの基材よりも比重が大きいバランス部材をピス
トンスカート部のピストンピン中心よりも下方であり、
かつ、スラスト側に設けたことを特徴とするピストン構
造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15648397A JP3887885B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | ピストン構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15648397A JP3887885B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | ピストン構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH112155A true JPH112155A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3887885B2 JP3887885B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=15628755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15648397A Expired - Fee Related JP3887885B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | ピストン構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3887885B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4848026A (en) * | 1987-10-26 | 1989-07-18 | Monterey Mushrooms, Inc. | Composting process for the production of mushroom cultivation substrates |
| JP2013241922A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | 複リンク式内燃機関 |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP15648397A patent/JP3887885B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4848026A (en) * | 1987-10-26 | 1989-07-18 | Monterey Mushrooms, Inc. | Composting process for the production of mushroom cultivation substrates |
| JP2013241922A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | 複リンク式内燃機関 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3887885B2 (ja) | 2007-02-28 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Effective date: 20051011 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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| A521 | Written amendment |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060221 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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