(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形の頂部プレートと、該頂部プレートの底壁面から下方へ延び且つ互いに反対側に位置する一対のピンボス部と、該ピンボス部に隣接して前記頂部プレートの底壁面から下方へ延び且つ互いに反対側に位置する一対のスカート部とを具備し、該スカート部と上記ピンボス部とを互いに連結するほぼ断面矩形の橋絡壁を備えた内燃機関用のピストンにおいて、前記橋絡壁の頂壁面と側壁面との境界部に沿ってのみ延びまたは前記橋絡壁の底壁面と側壁面との境界部に沿ってのみ延びる補強リブを橋絡壁に関して両側に設けたことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関用ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピストンは燃焼室内の爆発力を直接受ける頂壁面を有する円筒形の頂部プレートと、該頂部プレートの底壁面から下方へ延び且つ互いに反対側に位置する一対のピンボス部と、該ピンボス部に隣接して前記頂部プレートの底壁面から下方へ延び且つ互いに反対側に位置する一対のスカート部とからなる。ピストンがシリンダ内に挿入されると、スカート部がシリンダ内壁面に接する。スカート部はピストンがシリンダ内で上下動するときシリンダ内壁面から内向きの押圧力を受け、スカート部が変位してしまう。この押圧力に抵抗するためにスカート部を橋絡壁によりピンボス部に連結したピストンが公知である。ところでピストンに関しては軽量化という要望があるため、上記橋絡壁は細いほうが好ましい。しかしながら、シリンダ内壁面からの押圧力に対する十分な抵抗を確保するためには橋絡壁を細くするにも限界がある。したがって例えば実開平３−１０４１４８では橋絡壁を細くすると共にシリンダ内壁面からの押圧力に抵抗できるように橋絡壁の外側壁面の中央領域に該橋絡壁の長手方向に沿って補強リブを設けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際にピストンをシリンダ内で上下動させてみると上記押圧力は特に橋絡壁の外側壁面と頂壁面との境界部に集中し、該境界部から亀裂が発生する傾向があることが判った。したがって実開平３−１０４１４８のように橋絡壁の外側壁面の中央領域に該橋絡壁の長手方向に沿って補強リブを設けたのでは亀裂の発生を抑制することができない。本発明の目的はピストンの軽量化とピストン剛性の維持とを同時に達成することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、略円筒形の頂部プレートと、該頂部プレートの底壁面から下方へ延び且つ互いに反対側に位置する一対のピンボス部と、該ピンボス部に隣接して前記頂部プレートの底壁面から下方へ延び且つ互いに反対側に位置する一対のスカート部とを具備し、該スカート部と上記ピンボス部とを互いに連結するほぼ断面矩形の橋絡壁を備えた内燃機関用のピストンにおいて、前記橋絡壁の頂壁面と側壁面との境界部に沿ってのみ延びまたは前記橋絡壁の底壁面と側壁面との境界部に沿ってのみ延びる補強リブを橋絡壁に関して両側に設ける。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の内燃機関用ピストンを説明する。図１は機関本体に配置された本実施形態のピストンを示している。図１において、１は機関本体、２は機関本体１内に形成されたシリンダ、３はシリンダ２内に挿入されたピストン、４は吸気弁、５は吸気ポート、６は排気弁、７は排気ポートである。ピストン３はコンロッド８を介してクランクシャフト９へ動力を伝達する。コンロッド８はピストンピン１０によりピストン３に連結される。
図２は本発明の第一実施形態のピストンを示しており、図２において、１２は頂部プレート、１４は頂部プレート１２の底壁面１６から下方へ延びる一対のスカート部、１８は頂部プレート１２の底壁面１６から下方へ延びる一対のピンボス部である。図３を参照すると判るように、一対のピンボス部１８は頂部プレート１２の底壁面１６の周縁部よりも内側の位置から下方へ延び、これらピンボス部１８は頂部プレート１２の底壁面１６において互いに反対側に位置する。一方、一対のスカート部１４はピンボス部１８に隣接して頂部プレート１２の底壁面１６の周縁部から下方へ延び、これらスカート部１４は頂部プレート１２の底壁面１６において互いに反対側に位置する。また、頂部プレート１２を含む平面と平行な平面で切ったスカート部１４の断面は円弧状である。さらにピンボス部１８の中央を通る垂直方向対称面Ａとスカート部１４の中央を通る垂直対称面Ｂとは概ね直交する。尚、本明細書中において『垂直方向』とは頂部プレートを含む平面に対して垂直な方向を指し、『水平方向』とは頂部プレートを含む平面と平行な方向を指す。
ピンボス部１８の下方周面と頂部プレート１２の底壁面１６には潤滑用のオイルを導入するオイル孔２０が形成される。また、図２を参照すると判るように、ピンボス部１８にはコンロッド８をピストン３に連結するピストンピン１０を収容するための円形のピストンピン穴２２が設けられる。
【０００６】
さらにスカート部１４とピンボス部１８とは橋絡壁２４により互いに連結される。橋絡壁においてその長手方向に対して垂直な断面は、ほぼ矩形である。橋絡壁２４はスカート部１４の下方側縁部に位置する下方コーナー部２６とスカート部１４の中央を通る垂直対称面Ｂに平行な方向においてそれぞれ対応するピンボス部１８の下方外周面とを連結する。図４を参照すると判るように、橋絡壁２４はピストン３の頂部プレート１２に最も近く且つ該頂部プレート１２の底壁面１６の方を向いた頂壁面３２と、頂壁面３２の反対側に位置する底壁面３４と、二つの側壁面、すなわちシリンダ内壁面１１に最も近く且つ該シリンダ内壁面１１の方を向いた外側壁面２８と、外側壁面２８の反対側に位置する内側壁面３０とを有する。したがって橋絡壁には四つの境界部、すなわち頂壁面３２と外側壁面２８とが連結された上方外側境界部３８と頂壁面３２と内側壁面３０とが連結された上方内側境界部３９と、底壁面１６と外側壁面２８とが連結された下方外側境界部４０と、底壁面１６と内側壁面３０とが連結された下方内側境界部４１とが形成される。また、橋絡壁２４の外側壁面２８には橋絡壁２４の長手方向に沿って延びる外側補強リブ３６が形成され、さらに橋絡壁２４の内側壁面３０には橋絡壁２４の長手方向に沿って延びる内側補強リブ３７が形成される。これら補強リブ３６、３７はそれぞれ上方外側境界部３８、並びに上方内側境界部３９に形成され、補強リブ３６、３７の頂壁面４２、４３は橋絡壁２４の頂壁面３２と面一である。
このように第一実施形態では特に亀裂の生じやすい壁面間の境界部に沿ってのみ補強リブを設けたため、ピストンの軽量化とピストン剛性の維持とが同時に達成される。尚、第一実施形態では橋絡壁の外側壁面と内側壁面とに補強リブを設けたが、これは本発明を制限するものではなく、外側側面または内側側面の一方、下方外側境界部、或いは下方内側境界部に補強リブを設けることも可能である。また、シリンダ内壁面からの押圧力が鋭角部位に集中しやすいことを考慮し、橋絡壁の垂直断面形状を円形とし、鋭角部位を排除することも可能である。さらに本実施形態においてはほぼ断面矩形の橋絡壁について示したが、断面が多角形状の橋絡壁であれば本発明を適用することができる。
【０００７】
ところでシリンダ内壁面から受ける押圧力の橋絡壁における集中箇所はスカート部またはピンボス部に対する橋絡壁の方位によって決まる。すなわち補強リブを設ける位置はスカート部またはピンボス部に対する橋絡壁の方位に応じて決める必要がある。後述する本発明の第二実施形態ではスカート部またはピンボス部に対する橋絡壁の方位に応じて補強リブを形成する。図５には本発明の第二実施形態が示されており、本実施形態では外側壁面２８と頂壁面３２とが連結される上方外側境界部３８に沿って外側壁面２８に外側補強リブ３６が設けられ、内側壁面３０と底壁面３４とが連結される下方内側境界部４１に沿って内側側壁３０に内側補強リブ５２が設けられる。外側補強リブ３６の頂壁面４２は橋絡壁２４の頂壁面３２と面一であり、内側補強リブ５２の底壁面５４は橋絡壁２４の底壁面３４と面一である。
このように第二実施形態ではスカート部またはピンボス部に対する橋絡壁の方位に応じて特に亀裂の生じやすい壁面間の境界部に沿ってのみ補強リブを設けるため、ピストンの軽量化とピストン剛性の維持とが同時に達成される。尚、第二実施形態では上方外側境界部および下方内側境界部に沿って補強リブを設けたが、もちろん橋絡壁の方位に応じて下方外側境界部および上方内側境界部に補強リブを設けることも可能である。
【０００８】
また、ピストンがシリンダ内を上下動する間においては、一方のスカート部が吸気行程および爆発行程においてシリンダ内壁面から押圧力を受け、他方のスカート部が排気行程および圧縮行程においてシリンダ内壁面から押圧力を受ける。特に、シリンダ内壁面からの押圧力は爆発行程において最も大きいため、一方のスカート部が受ける押圧力は他方のスカート部が受ける押圧力より大きい。さらに、ピンボス部に形成されたピストンピン穴の中心軸線はピストンがシリンダ内で上下動し易いようにいずれか一方のスカート部側にずらされている。このためスカート部とピンボス部とを連結する橋絡壁の長さは互いに異なる。したがって補強リブを設ける位置は各スカート部が受ける押圧力の大きさや各橋絡壁の長さに応じて決める必要がある。後述する本発明の第三実施形態では各スカート部が受ける押圧力の大きさに応じて補強リブを形成する。図６には本発明の第三実施形態が示されており、本実施形態ではシリンダ内壁面１１から受ける押圧力が大きいスカート部１４’側の橋絡壁２４においては外側壁面２８および内側壁面３０にそれぞれ補強リブ６０、６１を設け、押圧力がそれよりも小さい他方のスカート部２４’’側の橋絡壁２４においては外側壁面２８のみに補強リブ６２を設ける。
各橋絡壁の長さに応じて補強リブを形成する場合には、長さが長いほうの橋絡壁に外側補強リブと内側補強リブとを設け、長さが短いほうの橋絡壁には外側補強リブを設けるようにすればよい。
このように第三実施形態では各スカート部が受ける押圧力の大きさに応じて、すなわち必要に応じて補強リブを設けたため、ピストンの軽量化とピストン剛性の維持とが同時に達成される。
【０００９】
さらに機関運転中ではピストンは加熱され、熱膨張によりシリンダ内壁面との摩擦が増大する。これを防止するためにスカート部とピンボス部とにより囲まれたピストン内部空間にピストン下方からピストン冷却用のオイルが導入される。オイルをピストン内部空間内へより多く導入できればピストン冷却効果は高まり、ピストンの熱膨張等が抑えられる。しかしながら、橋絡壁に内側補強リブを設けるとピストン内部空間へのオイル導入開口面積が小さくなるため、オイルをピストン内部空間へ十分に導入することができない。したがってピストン内部空間への冷却用オイルの導入を考慮に入れた補強リブの形成が必要である。後述する本発明の第四実施形態ではピストン内部空間へのオイルの導入を考慮して補強リブを形成する。図７には本発明の第四実施形態が示されており、本実施形態ではオイルが導入される側のピストン内部空間７０に対応した橋絡壁２４’には外側壁面２８にのみ補強リブ７２を設け、オイルがピストン内部空間７０から排出される側のピストン内部空間７０に対応した橋絡壁２４’’には内側壁面３０にのみ補強リブ７４を設ける。
本実施形態においては図８のようにオイルがピストン内部空間へ導入される。尚、図８において、７６はクランクシャフトピン８０を受けるためのコンロッド８のクランクシャフトピン受け部に形成されたオイル噴射孔、７８はクランクシャフトピン８０内に形成されたオイル孔である。オイル噴射孔７６が予め定められたクランク角においてオイル孔７８と整列すると、オイル孔７８内のオイルがオイル噴射孔７６を介して矢印Ｃのようにピストンピン１０に関して一方の側からピストン内部空間７０へ導入される。このときオイルが導入される側の橋絡壁２４′の内側壁面には補強リブが設けられていないため、オイル噴射孔７６から噴射されたオイルはピストン内部空間７０へ導入され易い。ピストン内部空間７０内に導入されたオイルは矢印Ｄのようにしてピストンピン１０の他方の側におけるピストン内部空間７０から排出される。このときオイルが排出される側の橋絡壁２４″の内側壁面には補強リブ７４が設けられているため、ピストン内部空間からのオイルの排出が阻止される。このためピストン内部空間にオイルが滞在する機会が増大するため、オイルによるピストン冷却効果が増大する。したがって本実施形態によればピストンの軽量化とピストン剛性の維持とピストン冷却効果の確保とが同時に達成される。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、特に亀裂の発生しやすいピストンの橋絡壁の頂壁面と側壁面との境界部に沿ってのみ延びまたはピストンの橋絡壁の底壁面と側壁面との境界部に沿ってのみ延びる補強リブが橋絡壁に関して両側に設けられているので、ピストンの剛性が維持されると共にピストンが軽量化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストンを備えた機関本体を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態のピストンの側面図である。
【図３】本発明の第一実施形態のピストンの底面図である。
【図４】本発明の第一実施形態のピストンにおける橋絡壁の垂直断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態のピストンにおける橋絡壁の垂直断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態のピストンの底面図である。
【図７】本発明の第四実施形態のピストンの底面図である。
【図８】本発明の第四実施形態のピストンの断面図である。
【符号の説明】
１０…ピストン
１２…頂部プレート
１４…スカート部
１８…ピンボス部
２４…橋絡壁
３６…補強リブ
【図１】
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【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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【図８】
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