(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンリング装着溝よりも下方のスカート部の横断面形状を、ピストンピン方向のエプロン部位を短径とする楕円形としてなる内燃機関用ピストンにおいて、
前記スカート部のピストンリング装着溝直下の表面に、スカート部の長径部中心側より左右のエプロン端に向かうのにしたがって幅が拡がる形状の溝を、長径部中心のスカート裾部の表面に、下方より上方に向かうにしたがって幅が狭くなる形状の溝をそれぞれ有し、
前記スカート裾部の溝は、溝下部端がスカート裾部の最下部より所定量上方にくるように形成した、
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記ピストンリング装着溝直下の溝は、エプロン付近にて幅が急激に拡大するように形成する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。
【請求項３】
前記各溝は、鋳造により形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、内燃機関のピストンの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のピストンとしては、図６、図７に示すようなものがある。ピストン１の冠面２で受けた燃焼圧力は、ピンボス３に納められた図示しないピストンピンを介してコネクティングロッドに伝えられ、ピストン１のリングランド部４には、燃焼ガスの密封等のため、ピストンリングを納めるピストンリング装着溝５が形成されている。
【０００３】
ピストン１のピストンリング装着溝５の下方には、ピストン１の姿勢を保つ等の役目をするスカート部６が形成され、このスカート部６の横断面形状は、ピストンピン方向、つまりエプロン７部位を短径とする楕円形に形成されている（実開昭６１ー３９４７号、特開昭６１ー８１５５８号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなピストン１にあって、運転時に楕円形のスカート部６は熱膨張によって真円に近くなるが、燃焼圧力や慣性力によってピストン１に生じるスラスト力や反スラスト力に対し、スカート部６にシリンダ壁との当たりが強く、面圧が大きくなる部分と、面圧がほとんど発生せず、荷重を支えることに関与してない部分とが存在する。
【０００５】
このスカート部６とシリンダ壁との間には、潤滑油の供給によって潤滑油膜が形成され、このため面圧の大きい部分の良好な摺動性が得られるが、半面面圧がほとんど発生しない部分とシリンダ壁との間隔も狭く、この部分で摩擦力を生じている。
【０００６】
即ち、面圧がほとんど発生しない部分とシリンダ壁との狭い間隙に介在する潤滑油の粘性抵抗によって、摩擦力を増加させることになる。
【０００７】
また、面圧はピストンピンの横方向の部分で大きくなるが、スラスト力が大きいとき等、エプロン７近くで局部的に強い当たりが発生することがあった。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ピストンリング装着溝よりも下方のスカート部の横断面形状を、ピストンピン方向のエプロン部位を短径とする楕円形としてなる内燃機関用ピストンにおいて、前記スカート部のピストンリング装着溝直下の表面に、スカート部の長径部中心側より左右のエプロン端に向かうのにしたがって幅が拡がる形状の溝を、長径部中心のスカート裾部の表面に、下方より上方に向かうにしたがって幅が狭くなる形状の溝をそれぞれ有し、前記スカート裾部の溝は、溝下部端がスカート裾部の最下部より所定量上方にくるように形成した。
【００１０】
第２の発明は、前記ピストンリング装着溝直下の溝は、エプロン付近にて幅が急激に拡大するように形成する。
【００１２】
第３の発明は、前記各溝は、鋳造により形成する。
【００１３】
【作用】
スカート部の横断面形状がピストンピン方向のエプロン部位を短径とする楕円形のピストンは、ピストンピンの横方向つまりピストンリング装着溝直下のスカート部の長径部中心部分で、スラスト力や反スラスト力による面圧が大きいが、この面圧の大きい長径部中心側より左右のエプロン端に向かって拡がる部分、ならびに長径部中心のスカート裾部の下方から上方に狭まる部分では、面圧がほとんど発生しない。
【００１４】
第１の発明では、その面圧がほとんど発生しない部分に溝を設け、これによってシリンダ壁との間隙を大きくして、シリンダ壁との間に介在する潤滑油の粘性抵抗による摩擦力を低減する。また、前記スカート裾部の溝を設けるときに、溝下部端がスカート裾部の最下部より所定量上方にくるように形成する。したがって、スカート裾部の最下部とシリンダ壁との小さな間隙を保って、いわゆるスラップ音の原因となるシリンダ壁への衝撃力を吸収できる。
【００１５】
また、ピストンリング装着溝直下のスカート部の長径部中心に対し、スラスト力が大きい場合、エプロン近くで局部的に強い当たりが発生することがあり、第２の発明では、前記ピストンリング装着溝直下の溝をエプロン付近にて急激に拡大するように形成する。したがって、局部当たりを回避でき、ピストンの耐久性が向上する。
【００１７】
第３の発明では、前記各溝を鋳造により容易に形成できる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１、図２に示すように、ピストン２０の頭部のリングランド部２１には、トップリング、セカンドリング、オイルリング等のピストンリング装着溝２２が形成され、このリングランド部２１の下にスカート部２３が形成される。
【００２０】
このスカート部２３の横断面形状は、ピストンピン方向のエプロン２４部位を短径とする楕円形に形成され、エプロン２４内にピストンピンが納められるピンボス２５が形成される。
【００２１】
そして、このスカート部２３のピストンリング装着溝２２直下の表面に、スカート部２３の長径部２６の中心Ｌ側より左右のエプロン２４端に向かうのにしたがって幅が拡がる形状の逃げ溝２７ａ，２７ｂが形成される。
【００２２】
この逃げ溝２７ａ，２７ｂは、長径部２６の中心Ｌから所定距離離れた部位よりエプロン２４端のやや内側まで形成される。また、逃げ溝２７ａ，２７ｂは、浅い溝で、外形および縁部は曲形状に形成される。
【００２３】
また、長径部２６の中心Ｌのスカート裾部２８の表面に、下方より上方に向かうにしたがって幅が狭くなる形状の逃げ溝２９が形成される。
【００２４】
この逃げ溝２９は、溝下部端がスカート裾部２８の最下部まで形成される。また、逃げ溝２９は、浅い溝で、外形および縁部は曲形状に形成される。
【００２５】
そして、これらの逃げ溝２７ａ，２７ｂ，２９は、楕円形のスカート部２３の両側に、ピストン２０の鋳造時に鋳抜き構造によって一体成形される。
【００２６】
このように逃げ溝２７ａ，２７ｂ，２９を形成した部位、即ちピストンリング装着溝２２直下のスカート部２３の長径部２６中心Ｌ側より左右のエプロン２４端に向かって拡がる部分、ならびに長径部２６中心Ｌのスカート裾部２８の下方から上方に狭まる部分にては、ピストン２０が受ける燃焼圧力や慣性力によって生じるスラスト力や反スラスト力に対し、面圧がほとんど発生しない。
【００２７】
これはシュミレーションによって確認しており、このためスラスト力や反スラスト力による面圧の大きいピストンリング装着溝２２直下のスカート部２３の長径部２６中心部分において、潤滑油による良好な潤滑状態を確保できると共に、面圧がほとんど発生しない部分において、逃げ溝２７ａ，２７ｂ，２９の形成によってシリンダ壁との間隙を広げることができる。
【００２８】
これにより、スカート部２３の面圧がほとんど発生しない部分とシリンダ壁との狭い間隙に介在する潤滑油の粘性抵抗によって、摩擦力が増加するのを防止できる。
【００２９】
この場合、スカート部２３との間隙が広いほど、摩擦力が小さくなる特性があるので、逃げ溝２７ａ，２７ｂ，２９によって摩擦力を十分に低減できる。
【００３０】
一方、ピストンリング装着溝２２直下の逃げ溝２７ａ，２７ｂは、オイルリングが掻き取った潤滑油を下方に導くように作用するため、潤滑油が燃焼室へ上がるのを防止する。
【００３１】
また、スカート部に楕円度、段差等を極端に設けて、潤滑油の粘性抵抗による摩擦力の増加を防止しようとした場合と比べて、鋳造により逃げ溝２７ａ，２７ｂ，２９を形成するので、製造コストの低減および加工時間の短縮を図れる。
【００３２】
図３、図４は前記逃げ溝の大きさを変更した他の実施例を示す。
【００３３】
この場合、ピストンリング装着溝２２直下のスカート部２３の長径部２６中心Ｌ側より左右のエプロン２４端に向かう逃げ溝３０ａ，３０ｂを、エプロン２４付近にて幅が急激に拡大するように形成する。
【００３４】
また、長径部２６中心Ｌのスカート裾部２８の逃げ溝３１を、溝下部端がスカート裾部２８の最下部より所定量上方にくるように形成する。
【００３５】
その他の形状、構成は前図１、図２と同じである。
【００３６】
このようにピストンリング装着溝２２直下の逃げ溝３０ａ，３０ｂを、エプロン２４付近にて幅が急激に拡大するように形成すると、エプロン２４近くで発生するシリンダ壁との局部的な当たりを回避できる。
【００３７】
ここで、図５に溝３０ａ，３０ｂを設けてないピストンスカート部の潤滑解析シュミレーション結果を示すと、クランク角４２０°のスラスト側で、スカート端（エプロン付近）に局所的に強い当たりが発生していることが分かる。
【００３８】
これは、スラスト力の大きい場合に、スカートの変形が大きく、比較的剛性の高いエプロン部分に力が集中するためと考えられ、この対策としてエプロン２４付近にて幅が急激に拡大する逃げ溝３０ａ，３０ｂとすることにより、前記実施例と同様に摩擦力を低減できると共に、局部的な当たりを回避でき、したがってピストン２０の耐久性を大幅に向上できる。
【００３９】
また、スカート裾部２８の逃げ溝３１の溝下部端がスカート裾部２８の最下部より所定量上方にくるように形成すると、スカート裾部２８の最下部とシリンダ壁との小さな間隙を保つことができる。即ち、間隙に起因してピストン２０がシリンダ壁に打ち当たる衝撃力を吸収でき、これによっていわゆるスラップ音を抑制することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように第１の発明によれば、ピストンリング装着溝よりも下方のスカート部の横断面形状を、ピストンピン方向のエプロン部位を短径とする楕円形としてなる内燃機関用ピストンにおいて、前記スカート部のピストンリング装着溝直下の表面に、スカート部の長径部中心側より左右のエプロン端に向かうのにしたがって幅が拡がる形状の溝を、長径部中心のスカート裾部の表面に、下方より上方に向かうにしたがって幅が狭くなる形状の溝を、それぞれ有するので、ピストンが受ける燃焼圧力や慣性力によって生じるスラスト力や反スラスト力に対し面圧がほとんど発生しない部分にて、シリンダ壁との間隙に介在する潤滑油の粘性抵抗による摩擦力つまりピストンの摩擦力を低減できる。また、潤滑油が燃焼室へ上がるのを防止できる。さらに、前記スカート裾部の溝を、溝下部端がスカート裾部の最下部より所定量上方にくるように形成することで、スカート裾部とシリンダ壁との小さな間隙を保って、シリンダ壁への衝撃力を吸収でき、スラップ音を抑制できる。
【００４１】
第２の発明によれば、前記ピストンリング装着溝直下の溝を、エプロン付近にて幅が急激に拡大するように形成することで、スラスト力が大きい場合にエプロン付近で発生する局部的な当たりを回避でき、ピストンの耐久性を向上できる。
【００４３】
第３の発明によれば、各溝を鋳造により容易に形成でき、製造コストの低減、加工時間の短縮を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストンの正面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】他の実施例のピストンの正面図である。
【図４】その側面図である。
【図５】面圧の特性図である。
【図６】従来例のピストンの正面図である。
【図７】その側面図である。
【符号の説明】
２１  リングランド部
２２  ピストンリング装着溝
２３  スカート部
２４  エプロン
２５  ピンボス
２６  長径部
２７ａ，２７ｂ  逃げ溝
２８  スカート裾部
２９  逃げ溝
３０ａ，３０ｂ  逃げ溝
３１  逃げ溝
【図１】
0003622233.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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