JPH11303674A - 内燃機関のピストン - Google Patents
内燃機関のピストンInfo
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- JPH11303674A JPH11303674A JP10115443A JP11544398A JPH11303674A JP H11303674 A JPH11303674 A JP H11303674A JP 10115443 A JP10115443 A JP 10115443A JP 11544398 A JP11544398 A JP 11544398A JP H11303674 A JPH11303674 A JP H11303674A
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- thrust side
- thrust
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- skirt
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
-
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 機関の全行程において摩擦力を低減し、燃費
の向上および運転性の向上を図ることのできる内燃機関
のピストンを提供する。 【解決手段】 スラスト側スカート２０と反スラスト側
スカート２２とを有する内燃機関のピストン１０におい
て、反スラスト側スカート２２は、その投影周方向幅Ｗ
がスラスト側スカート２０よりも広く、かつ、その最小
肉厚Ｔがスラスト側スカート２０よりも薄く形成されて
いる。また、両スカートの内面に、それぞれ、エプロン
部２４ａ２４ｂに連続する一対の補強リブ２５、２６が
周方向に所定の周方向幅離間させて設けられ、反スラス
ト側補強リブ２６をスラスト側補強リブ２５よりもより
下方位置とすると共に、反スラスト側の周方向離間幅が
スラスト側よりも大きくされている。
の向上および運転性の向上を図ることのできる内燃機関
のピストンを提供する。 【解決手段】 スラスト側スカート２０と反スラスト側
スカート２２とを有する内燃機関のピストン１０におい
て、反スラスト側スカート２２は、その投影周方向幅Ｗ
がスラスト側スカート２０よりも広く、かつ、その最小
肉厚Ｔがスラスト側スカート２０よりも薄く形成されて
いる。また、両スカートの内面に、それぞれ、エプロン
部２４ａ２４ｂに連続する一対の補強リブ２５、２６が
周方向に所定の周方向幅離間させて設けられ、反スラス
ト側補強リブ２６をスラスト側補強リブ２５よりもより
下方位置とすると共に、反スラスト側の周方向離間幅が
スラスト側よりも大きくされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、往復動型の内燃機
関に用いられるピストンに関する。
関に用いられるピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のピストンは、燃焼圧力をピス
トンピン、コネクティングロッドを介してクランク軸の
回転力に変換する機能を受け持ち、且つその頂部は燃焼
室の一部を形成するため高温の燃焼ガスに曝されながら
高速で運動することから、機関構成部品の中では熱的に
も機械的にも最も過酷な部品の一つである。
トンピン、コネクティングロッドを介してクランク軸の
回転力に変換する機能を受け持ち、且つその頂部は燃焼
室の一部を形成するため高温の燃焼ガスに曝されながら
高速で運動することから、機関構成部品の中では熱的に
も機械的にも最も過酷な部品の一つである。
【０００３】一般に、かかるピストンは、燃焼圧力、ピ
ストンの慣性等により生ずるスラスト力をシリンダボア
に分散して伝えるためにピストンピンボスの両側にスカ
ートを有している。かかるスカートは、その周方向幅が
大きくて表面積が大きいほどスラスト力を分散してシリ
ンダボアに伝達し、シリンダボアに局部的に大きいスラ
スト力が及ぶことを回避するが、しかしその表面積が大
きいほどピストン運動における摩擦損失が大きくなり、
内燃機関の動力損失が大きくなる。
ストンの慣性等により生ずるスラスト力をシリンダボア
に分散して伝えるためにピストンピンボスの両側にスカ
ートを有している。かかるスカートは、その周方向幅が
大きくて表面積が大きいほどスラスト力を分散してシリ
ンダボアに伝達し、シリンダボアに局部的に大きいスラ
スト力が及ぶことを回避するが、しかしその表面積が大
きいほどピストン運動における摩擦損失が大きくなり、
内燃機関の動力損失が大きくなる。
【０００４】そこで、従来技術としての実開昭６４−３
０５４号（実願昭６２−９７８７４号マイクロフィル
ム）には、上述のピストンが有する問題を解決すべく提
案された、爆発行程時に大きなスラスト力が作用するス
ラスト側のスカートをそれとは反対側の反スラスト側ス
カートより大きくし、摩擦損失の増大を抑えてスラスト
力の分散を図った非対称型のピストン（米国特許第４，
２７４，３７２号等）においても、ピストンの熱膨張に
よってスカートとシリンダボアとの間に高い接触面圧が
生じ、この接触部分に異常摩耗が発生する虞があること
への対策として、ピストンのスカート部分においては、
そのスラスト−反スラスト方向に沿う径方向の剛性が適
度に弱く、しかもスラスト側スカートは大きいスラスト
力を与えられても永久変形を生じないように適度の剛性
を備えるという要求を満たす非対称型ピストンとして、
図１１に示すように、スラスト側スカート２０が反スラ
スト側スカート２２より大きい周方向幅を有し、スラス
ト側スカート２０と反スラスト側スカート２２の各々の
両側縁部を互いに接続する接続壁２４をピストン外方に
向けて膨らんだ円弧状に形成し、この接続壁２４の円弧
半径Ｒをピストン半径よりも大きく且つその中心Ｃをス
ラスト側に偏心させた構成のピストン１０が開示されて
いる。
０５４号（実願昭６２−９７８７４号マイクロフィル
ム）には、上述のピストンが有する問題を解決すべく提
案された、爆発行程時に大きなスラスト力が作用するス
ラスト側のスカートをそれとは反対側の反スラスト側ス
カートより大きくし、摩擦損失の増大を抑えてスラスト
力の分散を図った非対称型のピストン（米国特許第４，
２７４，３７２号等）においても、ピストンの熱膨張に
よってスカートとシリンダボアとの間に高い接触面圧が
生じ、この接触部分に異常摩耗が発生する虞があること
への対策として、ピストンのスカート部分においては、
そのスラスト−反スラスト方向に沿う径方向の剛性が適
度に弱く、しかもスラスト側スカートは大きいスラスト
力を与えられても永久変形を生じないように適度の剛性
を備えるという要求を満たす非対称型ピストンとして、
図１１に示すように、スラスト側スカート２０が反スラ
スト側スカート２２より大きい周方向幅を有し、スラス
ト側スカート２０と反スラスト側スカート２２の各々の
両側縁部を互いに接続する接続壁２４をピストン外方に
向けて膨らんだ円弧状に形成し、この接続壁２４の円弧
半径Ｒをピストン半径よりも大きく且つその中心Ｃをス
ラスト側に偏心させた構成のピストン１０が開示されて
いる。
【０００５】そして、このように接続壁をピストン外方
に向けて膨らんだ円弧状に形成したことにより、ピスト
ン半径方向の剛性が全体として弱くなり、シリンダボア
との間に締め代が発生しても接続壁の変形によってピス
トンが撓むことによりピストンスカートのシリンダボア
に対する接触面圧が高くなることが回避され、異常摩耗
が生じることが防止されるとしている。
に向けて膨らんだ円弧状に形成したことにより、ピスト
ン半径方向の剛性が全体として弱くなり、シリンダボア
との間に締め代が発生しても接続壁の変形によってピス
トンが撓むことによりピストンスカートのシリンダボア
に対する接触面圧が高くなることが回避され、異常摩耗
が生じることが防止されるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、スラスト側スカート２０が反スラスト側スカ
ート２２より大きい周方向幅を有し、スラスト側スカー
ト２０と反スラスト側スカート２２の各々の両側縁部を
互いに接続する接続壁２４をピストン外方に向けて膨ら
んだ円弧状に形成し、この接続壁２４の円弧半径Ｒをピ
ストン半径よりも大きく且つその中心Ｃをスラスト側に
偏心させた構成としているので、反スラスト側スカート
と接続壁との接続角度が鈍角となること、および、反ス
ラスト側スカートの周方向幅が小さくなることから、反
スラスト側スカートの剛性は大きいまま維持されること
になる。
来例では、スラスト側スカート２０が反スラスト側スカ
ート２２より大きい周方向幅を有し、スラスト側スカー
ト２０と反スラスト側スカート２２の各々の両側縁部を
互いに接続する接続壁２４をピストン外方に向けて膨ら
んだ円弧状に形成し、この接続壁２４の円弧半径Ｒをピ
ストン半径よりも大きく且つその中心Ｃをスラスト側に
偏心させた構成としているので、反スラスト側スカート
と接続壁との接続角度が鈍角となること、および、反ス
ラスト側スカートの周方向幅が小さくなることから、反
スラスト側スカートの剛性は大きいまま維持されること
になる。
【０００７】ところで、ピストンの摩擦力は、燃焼圧力
によりピストンのスラスト側に大きなスラスト力が作用
することに起因する膨張行程の摩擦力と、燃焼圧力の影
響が小さいか、または存在せずにピストンの往復慣性力
や熱膨張によりシリンダボアとの間に発生する拘束力に
起因する吸入、圧縮および排気行程の摩擦力とで構成さ
れる。しかし、ピストンの摩擦力が問題となる実用域で
は機関回転数は比較的低いので往復慣性力によるスラス
ト力は膨張行程における燃焼圧力によるスラスト力に比
べると無視できるほど小さい。従って、膨張行程以外の
吸入、圧縮および排気行程における摩擦力は、熱膨張に
よってスカートとシリンダボアとの間で作用し合う拘束
力が支配的となる。
によりピストンのスラスト側に大きなスラスト力が作用
することに起因する膨張行程の摩擦力と、燃焼圧力の影
響が小さいか、または存在せずにピストンの往復慣性力
や熱膨張によりシリンダボアとの間に発生する拘束力に
起因する吸入、圧縮および排気行程の摩擦力とで構成さ
れる。しかし、ピストンの摩擦力が問題となる実用域で
は機関回転数は比較的低いので往復慣性力によるスラス
ト力は膨張行程における燃焼圧力によるスラスト力に比
べると無視できるほど小さい。従って、膨張行程以外の
吸入、圧縮および排気行程における摩擦力は、熱膨張に
よってスカートとシリンダボアとの間で作用し合う拘束
力が支配的となる。
【０００８】この点に関し、上記従来例では、反スラス
ト側スカートの剛性を維持したまま、スラスト側スカー
トと反スラスト側スカートの各々の両側縁部を互いに接
続する接続壁をピストン外方に向けて膨らんだ円弧状に
形成し、ピストン半径方向の剛性を全体として弱くて締
め代が発生しても接続壁の変形によってピストンが撓む
よう試みているが、接続壁の中央部には大きな荷重に耐
え得る剛体のピストンピンボスを位置せざるを得ないこ
とから、接続壁の変形はさほど期待できないものであっ
た。
ト側スカートの剛性を維持したまま、スラスト側スカー
トと反スラスト側スカートの各々の両側縁部を互いに接
続する接続壁をピストン外方に向けて膨らんだ円弧状に
形成し、ピストン半径方向の剛性を全体として弱くて締
め代が発生しても接続壁の変形によってピストンが撓む
よう試みているが、接続壁の中央部には大きな荷重に耐
え得る剛体のピストンピンボスを位置せざるを得ないこ
とから、接続壁の変形はさほど期待できないものであっ
た。
【０００９】そこで、本発明者等は、鋭意研究を重ねた
結果、ピストンの摺動抵抗はシリンダボアとの摩擦力に
起因し、このピストンの摩擦力は、スカート部とシリン
ダボアとの間に水平方向、すなわち、ピストンピン孔中
心線に直交するスラストおよび反スラスト方向に力（サ
イドフォース）が作用した場合に、そのスカート部とシ
リンダボアとの間に介在するオイルに発生する剪断力で
あるので、摩擦力を低減するためには、その力、すなわ
ち、受圧摺動面に作用する垂直荷重（スラスト力）その
ものを減少させることと、摩擦係数を小さくすべく受圧
摺動面の面積を縮小する手段を講じることが必要である
との知見を得、本発明に至ったのである。
結果、ピストンの摺動抵抗はシリンダボアとの摩擦力に
起因し、このピストンの摩擦力は、スカート部とシリン
ダボアとの間に水平方向、すなわち、ピストンピン孔中
心線に直交するスラストおよび反スラスト方向に力（サ
イドフォース）が作用した場合に、そのスカート部とシ
リンダボアとの間に介在するオイルに発生する剪断力で
あるので、摩擦力を低減するためには、その力、すなわ
ち、受圧摺動面に作用する垂直荷重（スラスト力）その
ものを減少させることと、摩擦係数を小さくすべく受圧
摺動面の面積を縮小する手段を講じることが必要である
との知見を得、本発明に至ったのである。
【００１０】よって、本発明の目的は、膨張行程ではス
ラスト側の摩擦力に着目して摩擦係数の低減、すなわ
ち、受圧面積の縮小を図り、また膨張行程以外の吸入、
圧縮および排気行程にではスラスト、反スラスト側の摩
擦力に着目してこれらの行程で支配的な熱膨張による拘
束力の低減を図ることにより、機関の全行程において摩
擦力を低減し、燃費の向上および運転性の向上を図るこ
とのできる内燃機関のピストンを提供することにある。
ラスト側の摩擦力に着目して摩擦係数の低減、すなわ
ち、受圧面積の縮小を図り、また膨張行程以外の吸入、
圧縮および排気行程にではスラスト、反スラスト側の摩
擦力に着目してこれらの行程で支配的な熱膨張による拘
束力の低減を図ることにより、機関の全行程において摩
擦力を低減し、燃費の向上および運転性の向上を図るこ
とのできる内燃機関のピストンを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１に係る発明は、スラスト側スカート
と反スラスト側スカートとを有する内燃機関のピストン
において、前記反スラスト側スカートは、その投影周方
向幅が前記スラスト側スカートよりも広く、かつ、その
最小肉厚が前記スラスト側スカートよりも薄く形成され
ていることを特徴とする内燃機関のピストンである。
るために、請求項１に係る発明は、スラスト側スカート
と反スラスト側スカートとを有する内燃機関のピストン
において、前記反スラスト側スカートは、その投影周方
向幅が前記スラスト側スカートよりも広く、かつ、その
最小肉厚が前記スラスト側スカートよりも薄く形成され
ていることを特徴とする内燃機関のピストンである。
【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載の内燃機関のピストンにおいて、シリンダボア径を
Ｄ、前記反スラスト側スカートの投影周方向幅をＷ、最
小肉厚をＴとするとき、前記反スラスト側スカートは、
記載の内燃機関のピストンにおいて、シリンダボア径を
Ｄ、前記反スラスト側スカートの投影周方向幅をＷ、最
小肉厚をＴとするとき、前記反スラスト側スカートは、
【００１３】
【数２】Ｗ／Ｄ≧３０．８×（Ｔ／Ｄ）＋０．１５ の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする。
【００１４】さらに、請求項３に係る発明は、請求項１
または２に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記ス
ラスト側スカートと前記反スラスト側スカートとの内面
に、それぞれ、エプロン部に連続する一対の補強リブを
周方向に所定の周方向幅離間させて設け、前記反スラス
ト側補強リブを前記スラスト側補強リブよりもピストン
ピン孔の中心線に対してより下方位置とすると共に、前
記反スラスト側の前記所定の周方向幅を前記スラスト側
の前記所定の周方向幅よりも大きくしたことを特徴とす
る。
または２に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記ス
ラスト側スカートと前記反スラスト側スカートとの内面
に、それぞれ、エプロン部に連続する一対の補強リブを
周方向に所定の周方向幅離間させて設け、前記反スラス
ト側補強リブを前記スラスト側補強リブよりもピストン
ピン孔の中心線に対してより下方位置とすると共に、前
記反スラスト側の前記所定の周方向幅を前記スラスト側
の前記所定の周方向幅よりも大きくしたことを特徴とす
る。
【００１５】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
記載の内燃機関のピストンにおいて、前記補強リブはピ
ストンの軸方向断面形状がほぼ台形状であり、前記離間
された所定の周方向幅に向かって漸次薄肉に形成されて
いることを特徴とする。
記載の内燃機関のピストンにおいて、前記補強リブはピ
ストンの軸方向断面形状がほぼ台形状であり、前記離間
された所定の周方向幅に向かって漸次薄肉に形成されて
いることを特徴とする。
【００１６】さらに、請求項５に係る発明は、請求項１
ないし４のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおい
て、最下端のピストンリング溝の底部の、ピストン軸方
向において前記反スラスト側スカートに対応する位置
に、内外に貫通するスリットを形成したことを特徴とす
る。
ないし４のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおい
て、最下端のピストンリング溝の底部の、ピストン軸方
向において前記反スラスト側スカートに対応する位置
に、内外に貫通するスリットを形成したことを特徴とす
る。
【００１７】これらの構成によれば、スラスト側スカー
トはその投影周方向幅が反スラスト側スカートよりも狭
く、その肉厚が反スラスト側スカートよりも厚いので、
適度な剛性を持たせることにより受圧面積を小さく確保
でき、膨張行程において支配的なスラスト側の低摩擦力
化を達成できる。一方、反スラスト側スカートは、その
投影周方向幅が前記スラスト側スカートよりも広く、か
つ、その最小肉厚が前記スラスト側スカートよりも薄く
形成されているので、剛性が低く変形し易いので、膨張
行程以外の吸入、圧縮および排気行程で支配的な熱膨張
による拘束力の低減を達成することができる。
トはその投影周方向幅が反スラスト側スカートよりも狭
く、その肉厚が反スラスト側スカートよりも厚いので、
適度な剛性を持たせることにより受圧面積を小さく確保
でき、膨張行程において支配的なスラスト側の低摩擦力
化を達成できる。一方、反スラスト側スカートは、その
投影周方向幅が前記スラスト側スカートよりも広く、か
つ、その最小肉厚が前記スラスト側スカートよりも薄く
形成されているので、剛性が低く変形し易いので、膨張
行程以外の吸入、圧縮および排気行程で支配的な熱膨張
による拘束力の低減を達成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面にに基づき、本
発明の好ましい実施の形態につき詳細に説明する。な
お、記載された説明および図面を通して、同一機能部位
には同一符号が用いられている。
発明の好ましい実施の形態につき詳細に説明する。な
お、記載された説明および図面を通して、同一機能部位
には同一符号が用いられている。
【００１９】本発明の第１の実施の形態の全体構成の概
要を図１および図２に示す。
要を図１および図２に示す。
【００２０】まず、１０はピストン全体であり、ピスト
ン１０は略カップ状に形成され、一端に頂面１２を構成
するヘッド部１４を有している。そして、側部に、ピス
トンピン孔１６を有する一対のピストンピンボス１８が
ヘッド１４と連続して形成されている。ピストンピンボ
ス１８の両側には、それぞれ、スラスト側スカート２０
と反スラスト側スカート２２とが設けられ、スラスト側
スカート２０の両端とピストンピンボス１８とは接続壁
（エプロン）２４ａで、反スラスト側スカート２２の両
端とピストンピンボス１８とは接続壁（エプロン）２４
ｂで、それぞれ、連結されている。
ン１０は略カップ状に形成され、一端に頂面１２を構成
するヘッド部１４を有している。そして、側部に、ピス
トンピン孔１６を有する一対のピストンピンボス１８が
ヘッド１４と連続して形成されている。ピストンピンボ
ス１８の両側には、それぞれ、スラスト側スカート２０
と反スラスト側スカート２２とが設けられ、スラスト側
スカート２０の両端とピストンピンボス１８とは接続壁
（エプロン）２４ａで、反スラスト側スカート２２の両
端とピストンピンボス１８とは接続壁（エプロン）２４
ｂで、それぞれ、連結されている。
【００２１】スラスト側スカート２０および反スラスト
側スカート２２は、ヘッド１４の周面の曲率とほぼ同様
の、各々その横断面形状が所定のオーバリティの楕円形
状に形成されており、反スラスト側スカート２２の方の
肉厚寸法Ｔがスラスト側スカート２０の肉厚寸法Ｓより
も薄く、また、周方向の幅寸法は反スラスト側スカート
２２の方の寸法Ｗがスラスト側スカート２０の寸法Ｖよ
りも大きくされている。ここで、シリンダボア径をＤ、
反スラスト側スカート２２の投影周方向幅をＷ、最小肉
厚をＴとするとき、反スラスト側スカート２２は、
側スカート２２は、ヘッド１４の周面の曲率とほぼ同様
の、各々その横断面形状が所定のオーバリティの楕円形
状に形成されており、反スラスト側スカート２２の方の
肉厚寸法Ｔがスラスト側スカート２０の肉厚寸法Ｓより
も薄く、また、周方向の幅寸法は反スラスト側スカート
２２の方の寸法Ｗがスラスト側スカート２０の寸法Ｖよ
りも大きくされている。ここで、シリンダボア径をＤ、
反スラスト側スカート２２の投影周方向幅をＷ、最小肉
厚をＴとするとき、反スラスト側スカート２２は、
【００２２】
【数３】 Ｗ／Ｄ≧３０．８×（Ｔ／Ｄ）＋０．１５ （１） の関係を満たすよう形成されている。
【００２３】そして、スラスト側スカート２０は、図９
に示すような膨張行程の燃焼圧力荷重による大きなスラ
スト力が作用したときに、大きな変形が生じないよう
に、周方向幅Ｖと肉厚Ｓとが設定されている。しかし
て、シリンダボア１１との受圧面積の過度な拡大を回避
することにより、所定の油膜厚さを確保し、局部的な境
界潤滑等の発生を防止して低摩擦力化を達成する。
に示すような膨張行程の燃焼圧力荷重による大きなスラ
スト力が作用したときに、大きな変形が生じないよう
に、周方向幅Ｖと肉厚Ｓとが設定されている。しかし
て、シリンダボア１１との受圧面積の過度な拡大を回避
することにより、所定の油膜厚さを確保し、局部的な境
界潤滑等の発生を防止して低摩擦力化を達成する。
【００２４】一方、反スラスト側スカート２２は、上述
のように、スラスト側スカート２０に対して周方向幅Ｗ
を拡大し、肉厚Ｔを薄く形成することにより意図的にス
カート剛性を低下させ、変形し易くされている。
のように、スラスト側スカート２０に対して周方向幅Ｗ
を拡大し、肉厚Ｔを薄く形成することにより意図的にス
カート剛性を低下させ、変形し易くされている。
【００２５】反スラスト側スカート２２に入力するシリ
ンダボア１１からの反力は、図１０に示すように主とし
て、膨張行程以外の吸入、圧縮および排気行程において
発生し、その入力源はピストンおよびピストンピンの上
下往復運動による慣性力に起因するスラスト力と、スカ
ート部の熱膨張によってシリンダボア１１との間で拘束
し合う拘束力に起因するスラスト力であり、前述のよう
に膨張行程以外の行程で支配的な熱膨張による拘束力が
増大しようとしても、スカート剛性が低下されている反
スラスト側スカート２２が容易に変形しスラスト力の過
度の増大を防止する。
ンダボア１１からの反力は、図１０に示すように主とし
て、膨張行程以外の吸入、圧縮および排気行程において
発生し、その入力源はピストンおよびピストンピンの上
下往復運動による慣性力に起因するスラスト力と、スカ
ート部の熱膨張によってシリンダボア１１との間で拘束
し合う拘束力に起因するスラスト力であり、前述のよう
に膨張行程以外の行程で支配的な熱膨張による拘束力が
増大しようとしても、スカート剛性が低下されている反
スラスト側スカート２２が容易に変形しスラスト力の過
度の増大を防止する。
【００２６】なお、膨張行程以外の行程では熱膨張によ
る拘束力が支配的となることは、前述のようにピストン
およびピストンピンの上下往復運動による慣性力は実用
域においては殆ど無視し得る程度に小さいと云うこと
と、実際に測定された油膜反力がこれらの行程では、図
１０に示すように、約９０度のクランク角、すなわち、
ピストンスピードが最大となるタイミングで最大になる
ことからも裏付けられる。何故ならば、オイルの剪断力
は摺動面に作用する荷重が一定の場合には、摺動速度
（ピストンスピード）が最大のとき最大となるからであ
り、結果として摩擦力が最大となるからである。
る拘束力が支配的となることは、前述のようにピストン
およびピストンピンの上下往復運動による慣性力は実用
域においては殆ど無視し得る程度に小さいと云うこと
と、実際に測定された油膜反力がこれらの行程では、図
１０に示すように、約９０度のクランク角、すなわち、
ピストンスピードが最大となるタイミングで最大になる
ことからも裏付けられる。何故ならば、オイルの剪断力
は摺動面に作用する荷重が一定の場合には、摺動速度
（ピストンスピード）が最大のとき最大となるからであ
り、結果として摩擦力が最大となるからである。
【００２７】ピストンの摩擦力は、基本的にはスラスト
力に摩擦係数を乗じたものであるから、スラスト力が小
さいほど有利であり、本実施の形態のように反スラスト
側スカート２２のスカート剛性を低下させ、熱膨張によ
るスラスト力を低減することはピストンの摩擦力低減に
有効である。
力に摩擦係数を乗じたものであるから、スラスト力が小
さいほど有利であり、本実施の形態のように反スラスト
側スカート２２のスカート剛性を低下させ、熱膨張によ
るスラスト力を低減することはピストンの摩擦力低減に
有効である。
【００２８】スカート部の変形性は、基本的にはスカー
ト肉厚と、エプロンまでの幅、すなわち、スカート幅お
よびスカート長さによって決まる。このうち、スカート
長さは短くする方が摩擦力の低減には効果的であるが、
低減し過ぎるとピストンの挙動が悪化し、スラップ音が
発生することに繋がるので、適度なスカート長さとする
のが好ましい。そこで、スカート肉厚とスカート幅とに
着目すると、スカート肉厚は薄い方が変形し易いが、ピ
ストン径が大きくなると製造上の制約から、ある程度以
下に薄くすることは不可能となる。一方、エプロン部は
スカートに荷重が入力したとき荷重を支える固定端に相
当するので、強度上厚肉化する必要があり、スカート肉
厚に関しては、周方向において薄肉化できる領域がこの
エプロン部で制限される。従って、スカート剛性を低下
させるには、所定の広さのスカート幅を確保することが
必要である。
ト肉厚と、エプロンまでの幅、すなわち、スカート幅お
よびスカート長さによって決まる。このうち、スカート
長さは短くする方が摩擦力の低減には効果的であるが、
低減し過ぎるとピストンの挙動が悪化し、スラップ音が
発生することに繋がるので、適度なスカート長さとする
のが好ましい。そこで、スカート肉厚とスカート幅とに
着目すると、スカート肉厚は薄い方が変形し易いが、ピ
ストン径が大きくなると製造上の制約から、ある程度以
下に薄くすることは不可能となる。一方、エプロン部は
スカートに荷重が入力したとき荷重を支える固定端に相
当するので、強度上厚肉化する必要があり、スカート肉
厚に関しては、周方向において薄肉化できる領域がこの
エプロン部で制限される。従って、スカート剛性を低下
させるには、所定の広さのスカート幅を確保することが
必要である。
【００２９】なお、本発明者等による機関の発火運転に
よる摩擦力測定結果では、反スラスト側スカートのスカ
ート剛性を少しだけ低下させた程度では、摩擦力の低減
効果は小さく、上記数式１の範囲のレベルまで低下させ
ることで顕著な摩擦力低減効果が現れることが確認され
ている。
よる摩擦力測定結果では、反スラスト側スカートのスカ
ート剛性を少しだけ低下させた程度では、摩擦力の低減
効果は小さく、上記数式１の範囲のレベルまで低下させ
ることで顕著な摩擦力低減効果が現れることが確認され
ている。
【００３０】次に、図３ないし図７を参照して、本発明
の第２の実施の形態につき説明する。
の第２の実施の形態につき説明する。
【００３１】本実施の形態は、変形を抑制してピストン
強度を確保するのに用いられる補強リブを形成する際
に、本発明の目的に適う形態とするものである。
強度を確保するのに用いられる補強リブを形成する際
に、本発明の目的に適う形態とするものである。
【００３２】本実施の形態では、スラスト側スカート２
０と反スラスト側スカート２２との内面に、それぞれ、
端部が相当の肉厚を持ってエプロン部２４ａおよび２４
ｂに連続する一対のスラスト側補強リブ２５および一対
の反スラスト側補強リブ２６が、周方向に所定の周方向
幅ＰおよびＱ離間されて、ピストン軸線Ｘおよびピスト
ンピン孔１６の中心線Ｚに直交する線ＹにおけるＸＹ面
に関して対称に設けられている（図６参照）。そして、
反スラスト側補強リブ２６（その周方向中心線をＹ２で
示す）がスラスト側補強リブ２５（その周方向中心線を
Ｙ１で示す）よりもピストンピン孔１６の中心線Ｚに対
してより下方位置となると共に、反スラスト側の所定の
周方向幅Ｑがスラスト側の所定の周方向幅Ｐよりも大き
くなるように設けられている。
０と反スラスト側スカート２２との内面に、それぞれ、
端部が相当の肉厚を持ってエプロン部２４ａおよび２４
ｂに連続する一対のスラスト側補強リブ２５および一対
の反スラスト側補強リブ２６が、周方向に所定の周方向
幅ＰおよびＱ離間されて、ピストン軸線Ｘおよびピスト
ンピン孔１６の中心線Ｚに直交する線ＹにおけるＸＹ面
に関して対称に設けられている（図６参照）。そして、
反スラスト側補強リブ２６（その周方向中心線をＹ２で
示す）がスラスト側補強リブ２５（その周方向中心線を
Ｙ１で示す）よりもピストンピン孔１６の中心線Ｚに対
してより下方位置となると共に、反スラスト側の所定の
周方向幅Ｑがスラスト側の所定の周方向幅Ｐよりも大き
くなるように設けられている。
【００３３】補強リブ２５および２６は、それぞれ、ピ
ストン１０の軸方向断面形状がほぼ台形状であり、その
台形状の平坦な頂面の肉厚が、エプロン部２４ａおよび
２４ｂから離間された所定の周方向幅ＰおよびＱに向か
って漸次薄肉に形成され、それぞれの終端部２５ａおよ
び２６ａは円弧状となってスラスト側スカート２０およ
び反スラスト側スカート２２に連続的に滑らかに結合さ
れている。なお、その他の構成は前述した実施の形態と
同じであり、同一機能部位に同一符号を付し重複説明を
避ける。
ストン１０の軸方向断面形状がほぼ台形状であり、その
台形状の平坦な頂面の肉厚が、エプロン部２４ａおよび
２４ｂから離間された所定の周方向幅ＰおよびＱに向か
って漸次薄肉に形成され、それぞれの終端部２５ａおよ
び２６ａは円弧状となってスラスト側スカート２０およ
び反スラスト側スカート２２に連続的に滑らかに結合さ
れている。なお、その他の構成は前述した実施の形態と
同じであり、同一機能部位に同一符号を付し重複説明を
避ける。
【００３４】このように構成することにより、適度な剛
性を必要とするスラスト側スカート２０ににあっては、
スラスト側補強リブ２５がピストンピン孔１６の中心線
Ｚを含むＹＺ面より下方でより高い位置にあるので、こ
の部位の変形が抑制され受圧面積の過剰な拡大が防止さ
れる。一方、剛性が小さいことが必要とされる反スラス
ト側スカート２２にあっては、反スラスト側補強リブ２
６がＹＺ面より下方でより低い位置にあることと、より
広い所定の周方向幅Ｑ離間されて設けられていることに
より、ピストンピン孔１６の中心線Ｚを含むＹＺ面より
も若干下方位置において、その最小肉厚Ｔの領域が広く
存在することになりこの部位の変形が容易となる。この
ことは、図１０からも明らかなように、熱膨張による油
膜反力の最大位置がこのピストンピン孔１６の中心線Ｚ
を含むＹＺ面よりも若干下方位置に存在することに対応
して極めて有効である。
性を必要とするスラスト側スカート２０ににあっては、
スラスト側補強リブ２５がピストンピン孔１６の中心線
Ｚを含むＹＺ面より下方でより高い位置にあるので、こ
の部位の変形が抑制され受圧面積の過剰な拡大が防止さ
れる。一方、剛性が小さいことが必要とされる反スラス
ト側スカート２２にあっては、反スラスト側補強リブ２
６がＹＺ面より下方でより低い位置にあることと、より
広い所定の周方向幅Ｑ離間されて設けられていることに
より、ピストンピン孔１６の中心線Ｚを含むＹＺ面より
も若干下方位置において、その最小肉厚Ｔの領域が広く
存在することになりこの部位の変形が容易となる。この
ことは、図１０からも明らかなように、熱膨張による油
膜反力の最大位置がこのピストンピン孔１６の中心線Ｚ
を含むＹＺ面よりも若干下方位置に存在することに対応
して極めて有効である。
【００３５】次に、本発明の第３の実施の形態を図８に
代表的に示す。この形態は、上述の第１または第２の実
施の形態に加えて、ピストン１０のヘッド部１４におけ
る最下端のピストンリング溝１４ａの底部の、ピストン
軸方向において反スラスト側スカート２２に対応する位
置に、内外に貫通するスリット１４ｂを形成したもので
ある。
代表的に示す。この形態は、上述の第１または第２の実
施の形態に加えて、ピストン１０のヘッド部１４におけ
る最下端のピストンリング溝１４ａの底部の、ピストン
軸方向において反スラスト側スカート２２に対応する位
置に、内外に貫通するスリット１４ｂを形成したもので
ある。
【００３６】このように、スリット１４ｂを形成するこ
とにより、反スラスト側スカート２２の剛性をさらに低
下させ、より大きな摩擦力の低減を可能とする。
とにより、反スラスト側スカート２２の剛性をさらに低
下させ、より大きな摩擦力の低減を可能とする。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明よれば、スラスト側スカートと反スラスト側スカート
とを有する内燃機関のピストンにおいて、前記反スラス
ト側スカートは、その投影周方向幅が前記スラスト側ス
カートよりも広く、かつ、その最小肉厚が前記スラスト
側スカートよりも薄く形成されているので、スラスト側
スカートでは適度な剛性を持たせることにより受圧面積
を小さく確保でき、膨張行程において支配的なスラスト
側の低摩擦力化を達成でき、一方、反スラスト側スカー
トは剛性が低く変形し易いので、膨張行程以外の吸入、
圧縮および排気行程で支配的な熱膨張による拘束力の低
減を達成することができ、結果的に、機関の全行程にお
いて摩擦力を低減し、燃費の向上および運転性の向上を
図ることができる。
明よれば、スラスト側スカートと反スラスト側スカート
とを有する内燃機関のピストンにおいて、前記反スラス
ト側スカートは、その投影周方向幅が前記スラスト側ス
カートよりも広く、かつ、その最小肉厚が前記スラスト
側スカートよりも薄く形成されているので、スラスト側
スカートでは適度な剛性を持たせることにより受圧面積
を小さく確保でき、膨張行程において支配的なスラスト
側の低摩擦力化を達成でき、一方、反スラスト側スカー
トは剛性が低く変形し易いので、膨張行程以外の吸入、
圧縮および排気行程で支配的な熱膨張による拘束力の低
減を達成することができ、結果的に、機関の全行程にお
いて摩擦力を低減し、燃費の向上および運転性の向上を
図ることができる。
【００３８】また、請求項２に係る発明によれば、シリ
ンダボア径をＤ、前記反スラスト側スカートの投影周方
向幅をＷ、最小肉厚をＴとするとき、前記反スラスト側
スカートは、
ンダボア径をＤ、前記反スラスト側スカートの投影周方
向幅をＷ、最小肉厚をＴとするとき、前記反スラスト側
スカートは、
【００３９】
【数４】Ｗ／Ｄ≧３０．８×（Ｔ／Ｄ）＋０．１５ の関係を満たすよう形成されているので、この範囲にお
いて確実に反スラスト側スカートの熱膨張による拘束力
の低減を達成することができる。
いて確実に反スラスト側スカートの熱膨張による拘束力
の低減を達成することができる。
【００４０】さらに、請求項３に係る発明によれば、前
記スラスト側スカートと前記反スラスト側スカートとの
内面に、それぞれ、エプロン部に連続する一対の補強リ
ブを周方向に所定の周方向幅離間させて設け、前記反ス
ラスト側補強リブを前記スラスト側補強リブよりもピス
トンピン孔の中心線に対してより下方位置とすると共
に、前記反スラスト側の前記所定の周方向幅を前記スラ
スト側の前記所定の周方向幅よりも大きくしたので、変
形を抑制してピストン強度を確保するのに用いられる補
強リブを設ける必要があるときでも、請求項１または２
に係る発明の効果を奏することができる。
記スラスト側スカートと前記反スラスト側スカートとの
内面に、それぞれ、エプロン部に連続する一対の補強リ
ブを周方向に所定の周方向幅離間させて設け、前記反ス
ラスト側補強リブを前記スラスト側補強リブよりもピス
トンピン孔の中心線に対してより下方位置とすると共
に、前記反スラスト側の前記所定の周方向幅を前記スラ
スト側の前記所定の周方向幅よりも大きくしたので、変
形を抑制してピストン強度を確保するのに用いられる補
強リブを設ける必要があるときでも、請求項１または２
に係る発明の効果を奏することができる。
【００４１】また、請求項４に係る発明によれば、前記
補強リブはピストンの軸方向断面形状がほぼ台形状であ
り、前記離間された所定の周方向幅に向かって漸次薄肉
に形成されているので、製作を容易に行うことができ
る。
補強リブはピストンの軸方向断面形状がほぼ台形状であ
り、前記離間された所定の周方向幅に向かって漸次薄肉
に形成されているので、製作を容易に行うことができ
る。
【００４２】さらに、請求項５に係る発明によれば、最
下端のピストンリング溝の底部の、ピストン軸方向にお
いて前記反スラスト側スカートに対応する位置に、内外
に貫通するスリットを形成したので、反スラスト側スカ
ートの剛性をさらに低下させ、より大きな摩擦力の低減
を可能とすることができる。
下端のピストンリング溝の底部の、ピストン軸方向にお
いて前記反スラスト側スカートに対応する位置に、内外
に貫通するスリットを形成したので、反スラスト側スカ
ートの剛性をさらに低下させ、より大きな摩擦力の低減
を可能とすることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態によるピストンの下
面図である。
面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるピストンの側
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるピストンの下
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるピストンの側
断面図である。
断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】図５の矢視図であり、（Ａ）は矢視Ｂ、（Ｂ）
は矢視Ｃである。
は矢視Ｃである。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるピストンの側
面図であり、（Ａ）はスラスト側、（Ｂ）は反スラスト
側である。
面図であり、（Ａ）はスラスト側、（Ｂ）は反スラスト
側である。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるピストンの側
面図である。
面図である。
【図９】本発明に係るピストンの膨張行程における挙動
を説明するための側面図である。
を説明するための側面図である。
【図１０】本発明に係るピストンの膨張行程以外の吸
入、圧縮および排気行程における挙動を説明するための
側面図である。
入、圧縮および排気行程における挙動を説明するための
側面図である。
【図１１】従来のピストン構造を示す下面図である。
１０ ピストン １４ ヘッド部 １４ｂ スリット １６ ピストンピン孔 １８ ピンボス ２０ スラスト側スカート ２２ 反スラスト側スカート ２４ａ、２４ｂ 接続壁（エプロン部） ２５ スラスト側補強リブ ２６ 反スラスト側補強リブ Ｖ スラスト側スカート投影周方向幅 Ｗ 反スラスト側スカート投影周方向幅 Ｓ スラスト側スカート最小肉厚 Ｔ 反スラスト側スカート最小肉厚 Ｄ シリンダボア径 Ｐ スラスト側スカート補強リブ周方向離間幅 Ｑ 反スラスト側スカート補強リブ周方向離間幅
Claims (5)
- 【請求項１】 スラスト側スカートと反スラスト側スカ
ートとを有する内燃機関のピストンにおいて、 前記反スラスト側スカートは、その投影周方向幅が前記
スラスト側スカートよりも広く、かつ、その最小肉厚が
前記スラスト側スカートよりも薄く形成されていること
を特徴とする内燃機関のピストン。 - 【請求項２】 シリンダボア径をＤ、前記反スラスト側
スカートの投影周方向幅をＷ、最小肉厚をＴとすると
き、前記反スラスト側スカートは、 【数１】Ｗ／Ｄ≧３０．８×（Ｔ／Ｄ）＋０．１５ の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請
求項１に記載の内燃機関のピストン。 - 【請求項３】 前記スラスト側スカートと前記反スラス
ト側スカートとの内面に、それぞれ、エプロン部に連続
する一対の補強リブを周方向に所定の周方向幅離間させ
て設け、前記反スラスト側補強リブを前記スラスト側補
強リブよりもピストンピン孔の中心線に対してより下方
位置とすると共に、前記反スラスト側の前記所定の周方
向幅を前記スラスト側の前記所定の周方向幅よりも大き
くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃
機関のピストン。 - 【請求項４】 前記補強リブはピストンの軸方向断面形
状がほぼ台形状であり、前記離間された所定の周方向幅
に向かって漸次薄肉に形成されていることを特徴とする
請求項３に記載の内燃機関のピストン。 - 【請求項５】 最下端のピストンリング溝の底部の、ピ
ストン軸方向において前記反スラスト側スカートに対応
する位置に、内外に貫通するスリットを形成したことを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機
関のピストン。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10115443A JPH11303674A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 内燃機関のピストン |
| US09/293,881 US6357341B1 (en) | 1998-04-24 | 1999-04-19 | Piston of internal combustion engine |
| DE19918328A DE19918328A1 (de) | 1998-04-24 | 1999-04-22 | Kolben für einen Motor mit innerer Verbrennung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10115443A JPH11303674A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 内燃機関のピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11303674A true JPH11303674A (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=14662691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10115443A Pending JPH11303674A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 内燃機関のピストン |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6357341B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11303674A (ja) |
| DE (1) | DE19918328A1 (ja) |
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