(57)【要約】【課題】エンジン冷態始動の際のピストンのシリンダボアへの衝突に起因する異音の発生を防止でき、さらにエンジン暖機後は、ピストンとシリンダボアとの間のフリクションを低減することにより、フリクションに起因する燃費の低下を防止することができるピストン構造を提供する。【解決手段】エンジン停止時に、シリンダ内において、ピストンピンを支点とする回動方向の反スラスト側に傾倒するピストン本体１を具備するピストン構造において、ピストン本体１の内部１ｎに、ピストン本体１冷却用のオイルが導入される環状のクーリングチャネル７０が配設されており、クーリングチャネル７０のスラスト側の流路面積は、反スラスト側の流路面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン停止時に、シリンダ内において、ピストンピンを支点とする回動方向の第１の方向側に傾倒するピストン本体を具備するピストン構造において、
上記ピストン本体の内部に、該ピストン本体冷却用のオイルが導入される環状のクーリングチャネルが配設されており、
上記クーリングチャネルの上記第１の方向側と上記ピストンピンを支点とする回動方向反対側の第２の方向側の流路面積は、上記第１の方向側の流路面積よりも大きく形成されていることを特徴とするピストン構造。
【請求項２】
上記ピストン本体の上記第１の方向側の内部は、上記第２の方向側の内部よりも肉厚に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のピストン構造。
【請求項３】
上記ピストンピンは、該ピストンピンの中心が、上記シリンダの軸と平行な上記ピストン本体の中心軸から、上記第２の方向側に偏心して位置するよう配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン停止時に、シリンダ内において、ピストンピンを支点とする回動方向の一方側に傾倒するピストン本体を具備するピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ピストン、例えばガソリンエンジン用のピストンは、ピストンの該ピストンが配設されるシリンダのボアに対するフリクションを低減する目的で、軽量化及び薄型化が要求される傾向にある。
【０００３】
しかしながら、エンジンの冷態始動時は、ピストンと、シリンダボアとの間の間隙が大きいことから、ピストンを軽量化及び薄型化すると、ピストンが上死点付近に移動した際、燃焼時に作用する荷重により、ピストンは、ピストンピンを支点として回動する方向（以下、スラスト方向、反スラスト方向と称す）に、通常よりも大きく揺動するため、スカート部がシリンダボアに激しく衝突してしまう。
【０００４】
その結果、ピストンスカート部のシリンダボアに対する衝突音が大きくなってしまい、該衝突音が異音となり運転者が不快を感じてしまうといった問題があった。
【０００５】
このような問題に鑑み、ピストンがピストンピンを支点としてスラスト方向に回転する力を受ける場合は、ピストンを固定するピストンピンの中心を、スラスト方向側に偏心（オフセット）して、ピストンのスラスト方向側のスカート部をエンジン停止時にシリンダボアに接触させておくことが一般に行われている。
【０００６】
このように、ピストンピンの中心をスラスト方向側にオフセットすることで、エンジン冷態始動の際のスラスト側のピストンのスカート部のシリンダボアに対する衝突を緩やかにし、異音を低減することができる。
【０００７】
また、例えば特許文献１には、ピストンがピストンピンを支点としてスラスト方向に回転する力を受ける場合は、ピストンピンを支持するピンボス部に、反スラスト方向のみに延出する顎部を形成し、ピストンの重心を反スラスト側にずらすことにより、ピストンのスラスト側のスカート部をエンジン停止時にシリンダボアに接触させておく技術の提案がなされている。
【０００８】
このように、反スラスト側に延出する顎部を設けることにより、エンジン冷態始動の際のスラスト側のピストンのスカート部のシリンダボアに対する衝突を、ピストンピンのオフセットよりも緩やかにし、効果的に異音を低減することができる。
【特許文献１】特開２００２−３１７６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、エンジンの暖機が終了し、ピストンが膨張してピストンと、シリンダライナとの間の間隙が小さくなってからでも、ピストンは、常に反スラスト側に傾いていることから、スラスト側のピストンのスカート部と、シリンダボアとの間に、側圧によるフリクションが発生してしまい、燃費が低減してしまうといった問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題に鑑みてなされたものであり、エンジン冷態始動の際のピストンのシリンダボアへの衝突に起因する異音の発生を防止でき、さらにエンジン暖機後は、ピストンとシリンダボアとの間のフリクションを低減することにより、フリクションに起因する燃費の低下を防止することができるピストン構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明によるピストン構造は、エンジン停止時に、シリンダ内において、ピストンピンを支点とする回動方向の第１の方向側に傾倒するピストン本体を具備するピストン構造において、上記ピストン本体の内部に、該ピストン本体冷却用のオイルが導入される環状のクーリングチャネルが配設されており、上記クーリングチャネルの上記第１の方向側と上記ピストンピンを支点とする回動方向反対側の第２の方向側の流路面積は、上記第１の方向側の流路面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のピストン構造によれば、エンジン冷態始動の際のピストンのシリンダボアへの衝突に起因する異音の発生を防止でき、さらにエンジン暖機後は、ピストンとシリンダボアとの間のフリクションを低減することにより、フリクションに起因する燃費の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１は、本発明の一実施の形態を示すピストンが配設されたエンジンのシリンダ内を示す図、図２は、図１のピストンを断面にして示したエンジンのシリンダ内を示す図、図３は、図１のピストンを下方から見た正面図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【００１４】
図１、図２に示すように、エンジンのシリンダ４の内周に、シリンダライナ５が鋳込まれており、鋳込まれたシリンダライナ５の内周面によって、シリンダボア５ｎが形成されている。また、シリンダ４内に、シリンダライナ５が配設された範囲内においてシリンダボア５ｎ内を往復移動するピストン１０が配設されている。
【００１５】
ピストン１０のピストン本体１は、ヘッド部１ｈと、ピンボス部１ｐ（図４参照）と、スカート部１ｓとにより主要部が構成されており、ヘッド部１ｈの外周に形成された溝に、シリンダボア５ｎに摺接するピストンリング２及びオイルリング３が支持されている。
【００１６】
また、ピンボス部１ｐに、クランクシャフト２０に大端部１５ｄが接続された既知のコネクティングロッド１５の小端部１５ｓがピストンピン６０を介して接続されており、これにより、小端部１５ｓに対してピストン本体１が回動自在となっている。
【００１７】
以下、ピストン本体１がピストンピン６０を支点として回動する方向の内、クランクシャフト２０の回転方向と逆の側、即ち図１中左側に回転する第１の方向側を反スラスト側、クランクシャフト２０の回転方向と一致する側、即ち図１中右側に回転する第２の方向側をスラスト側と称して説明する。また、ピストン本体１は、クランクシャフト２０の回転により、ピストンピン６０を支点としてスラスト側に回転する力を受けるものとして、以下、説明する。
【００１８】
ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎは、図２、図４に示すように、規定の厚みを有して形成されており、反スラスト側の厚み１ｎｈがスラスト側の厚み１ｎｓよりも、図４中２点鎖線から実線となる規定の厚さに肉厚となるよう形成されている。また、反スラスト側の厚み１ｎｈの肉厚は、クーリングチャンネル７０内にオイル５１が満たされた際にピストンがつりあう程度の肉厚とする。即ち、ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎの厚みは、ピストン本体１の中心軸に対し非対称となる形状を有している。
【００１９】
尚、この反スラスト側の厚さをスラスト側の厚さよりも肉厚にする工程は、ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎの厚みを、ピストン本体１の中心軸を中心として対称形状となるよう形成した後、別途、反スラスト側に肉厚部を形成することにより行っても良い。
【００２０】
反スラスト側の厚さがスラスト側の厚さよりも肉厚であることにより、ピストン本体１の重心は、反スラスト側に位置し、重量バランスが反スラスト側に偏るため、エンジン停止時は、ピストン本体１は、シリンダ４内において、反スラスト側に傾倒する（図６参照）。尚、この場合、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓは、シリンダボア５ｎに接触している（図６参照）。
【００２１】
また、ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎに、ピストン本体１冷却用のオイル５１が導入される、例えば図５に示すように円環状のクーリングチャネル（オイル管）７０が、ピストンピン６０と略平行となるよう配設されている。
【００２２】
クーリングチャネル７０には、図３、図５に示すように、オイル５１を導入するための孔部１ａと、導入したオイルを吐出するための孔部１ｂとが形成されている。孔部１ａには、オイルジェット３０の先端部が対向されており、オイルジェット３０が、オイルパン５０から、例えばポンプ４０により汲み上げたオイル５１を孔部１ａに向かって噴出することにより、クーリングチャネル７０内にオイル５１が導入される。
【００２３】
クーリングチャネル７０内に導入されたオイル５１は、その流通過程でピストン本体１を冷却した後、孔部１ｂから吐出される。尚、オイルジェット３０は、例えばシリンダ４のクランクシャフト２０側の基端部近傍に配設されている。
【００２４】
また、クーリングチャネル７０は、図２〜図５に示すように、スラスト側の流路７０ｓの面積が、反スラスト側の流路７０ｈの面積よりも大きくなるよう、スラスト側の容積が反スラスト側の容積よりも大きく形成されている。即ち、クーリングチャネル７０は、ピストン本体１の中心軸に対し非対称となる形状を有している。
【００２５】
よって、オイルジェット３０から多量のオイル５１が絶えず供給されて、クーリングチャネル７０内全域にオイル５１が充填された際は、該オイル５１は、反スラスト側よりもスラスト側に多く存在するようになっている。このように、クーリングチャネル７０内にオイル５１が不等に充填されると、ピストン本体１の重心は、該ピストン本体１の中心軸方向へと移動する。
【００２６】
次に、このように構成された本実施の形態のピストンの作用について図６、図７を用いて説明する。図６は、図２のピストン本体がエンジン停止時に、反スラスト側に傾いている状態を示す断面図、図７は、エンジン始動後に、図２のクーリングチャネル内にオイルが充填された状態を示す断面図である。
【００２７】
先ず、エンジン停止時は、図６に示すように、ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎの厚さが、反スラスト側の方がスラスト側よりも肉厚であることにより反スラスト側に重心位置が存在し、重量バランスが反スラスト側に偏重しているため、即ち、クーリングチャネル７０内にオイル５１が充填されていないエンジン停止時は、重心位置が、ピストン本体１自体の重量バランスで規定されているため、ピストン本体１は、シリンダ４内において、反スラスト側に傾倒したアンバランスな状態で位置している。尚、この傾倒に伴い、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓは、シリンダボア５ｎに接触する。
【００２８】
次いで、エンジンが冷態始動されると、ピストン本体１は、シリンダライナ５が配設された範囲内において、反スラスト側に傾いた状態でシリンダボア５ｎ内を往復移動する。この冷態始動時には、オイルの粘性が高く、オイルジェット３０から噴射されるオイル５１が、クーリングチャネル７０内に導入されないため、ピストン本体１の反スラスト側への傾倒が維持される。
【００２９】
従って、エンジンの冷態始動直後は、図６に示すように、ピストン本体のスラスト側のスカート部１ｓがスラスト側のシリンダボア５ｎに接触しているため、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓは、ピストン本体１の往復運動により、スラスト側のシリンダボア５ｎに緩やかに衝突する。
【００３０】
次いで、エンジンが暖機状態となると、図７に示すように、ピストン本体１が膨張することにより、ピストン本体１の外周とシリンダボア５ｎとの間の間隙が小さくなる。また、オイルの粘性が十分に低くなり、オイルジェット３０からクーリングチャネル７０の孔部７０ａに対して多量のオイル５１が噴出されることにより、クーリングチャネル７０内に十分なオイル５１が供給され、その後オイル５１が充填される。
【００３１】
この際、クーリングチャネル７０は、スラスト側の流路７０ｓの面積が、反スラスト側の流路７０ｈの面積よりも大きく形成されているため、オイル５１は、反スラスト側よりもスラスト側に多く充填される。即ち、スラスト側と反スラスト側とにおいてオイル５１が充填される量が異なる。
【００３２】
その結果、反スラスト側の肉厚により、反スラスト側に移動していたピストン本体１の重心は、ピストン本体１の中心軸上に位置するようになる。よって、エンジン暖機後は、スラスト側のシリンダボア５ｎに接触していたピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓが、図７に示すように、シリンダボア５ｎに接触することがなくなり、ピストン本体１は、シリンダボア５ｎ内において、重量バランスがとれた状態となる。
【００３３】
このことにより、ピストン本体１の外周とシリンダボア５ｎとの間の間隙が小さくなることに起因する、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、スラスト側のシリンダボア５ｎとの間のフリクションが低減する。
【００３４】
このように、本発明の一実施の形態を示すピストン構造においては、エンジン停止時の状態においては、ピストン本体１の重心を反スラスト側に移動させ、重量バランスを反スラスト側に偏重して、ピストン本体１を反スラスト側に傾け、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓをスラスト側のシリンダボア５ｎに接触するようにした。
【００３５】
また、オイル５１が充填されるクーリングチャネル７０の流路面積を、反スラスト側の流路７０ｈの面積よりもスラスト側の流路７０ｓの面積を大きく形成し、エンジン暖機後、クーリングチャネル７０内に充填されるオイル５１の量を、反スラスト側よりもスラスト側が多くなるようにした。
【００３６】
このことにより、エンジン冷態始動の際に、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、シリンダボア５ｎとの間の間隙に起因する、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、シリンダボア５ｎとの衝突が低減するため、該衝突に起因する異音の発生を防止することができる。
【００３７】
さらに、エンジン暖機後は、反スラスト側に移動していたピストン本体１の重心は、クーリングチャネル７０にオイル５１が充填されることにより、ピストン本体１の中心軸の位置に戻るため、ピストン本体１の往復移動において、該ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓが、スラスト側のシリンダボア５ｎに接触することがない。
【００３８】
よって、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、シリンダボア５ｎとの間の間隙が小さくなったことに起因する、ピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、スラスト側のシリンダボア５ｎとの間のフリクションが低減するため、該フリクションに起因する燃費の低下を防止することができる。
【００３９】
即ち、エンジン始動直後のピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、シリンダボア５ｎとの衝突による異音の発生と、エンジン暖機後のピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、スラスト側のシリンダボア５ｎとのフリクションに起因する燃費の低下とを同時に防止することができるピストン構造を提供することができる。
【００４０】
以下、変形例を示す。  
本実施の形態においては、ピストン本体１の重量バランスを反スラスト側に偏重させるのに、ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎの厚さを、スラスト側よりも反スラスト側を肉厚に形成することにより行うと示した。
【００４１】
これに限らず、ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎ厚さを、スラスト側と反スラスト側とで同じのままとし、従来のように、ピストンピン６０の中心を、スラスト側にオフセットして位置させた場合であっても本実施の形態が適用できるということは云うまでもない。尚、ピストン本体１の重量バランスを反スラスト側に偏重させる方法は、上述した手法に限定されない。
【００４２】
また、本実施の形態においては、クーリングチャネル７０の流路面積を、反スラスト側の流路７０ｈの面積よりもスラスト側の流路７０ｓの面積を大きく形成すると示した。このことによれば、クーリングチャネル７０のスラスト側は、容積が大きくなる、即ちピストン本体１において、スラスト側の方が、重量が相対的に軽くなる。
【００４３】
よって、ピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎの反スラスト側の肉厚を肉盛りする、またはピストンピン６０をスラスト側にオフセットすることにより、意図的にピストン本体１の重量バランスを反スラスト側に偏重しなくとも、クーリングチャネル７０の構造のみで、多少はエンジン始動時のピストン本体１のスラスト側のスカート部１ｓと、シリンダボア５ｎとの衝突を防止することができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態においては、反スラスト側のピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎの厚さを肉盛りし、スラスト側のクーリングチャネル７０の流路７０ｓの面積を大きくすると示した。
【００４５】
これに限らず、ピストン本体１がピストンピン６０を支点として反スラスト側に回動する力を受ける場合は、スラスト側のピストン本体１のヘッド部１ｈの内部１ｎの厚さを肉盛りする等して、ピストン本体１の重量バランスをスラスト側に偏重し、反スラスト側のクーリングチャネル７０の流路７０ｈの面積をスラスト側よりも大きくすると本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施の形態を示すピストンが配設されたエンジンのシリンダ内を示す図。
【図２】図１のピストンを断面にして示したエンジンのシリンダ内を示す図。
【図３】図１のピストンを下方から見た正面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図。
【図６】図２のピストン本体がエンジン停止時に、反スラスト側に傾いている状態を示す断面図。
【図７】エンジン始動後に、図２のクーリングチャネル内にオイルが充填された状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１…ピストン本体
１ｎ…ピストン本体内部
４…シリンダ
１０…ピストン
６０…ピストンピン
７０…クーリングチャネル
７０ｈ…反スラスト側の流路
７０ｓ…スラスト側の流路
代理人    弁理士    伊藤  進
【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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