(57)【要約】【課題】  打音の発生を抑制でき、かつオイル消費量を低減することが可能なピストンを提供する。【解決手段】  ピストン１は、内燃機関のシリンダ内を燃焼圧を受けて摺動する。ピストン１は、ピストン１の温度に応じてピストン１の重心位置を調整する調整部としての形状記憶合金５０を備える。形状記憶合金５０は、低温時に反スラスト側にピストン１の重心が位置するように重心の位置を調整し、高温時には中心線１９上にピストン１の重心が位置するように重心を調整する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ内を、燃焼圧を受けて摺動するピストンであって、
前記ピストンの温度に応じて前記ピストンの重心位置を調整する調整部を備えた、ピストン。
【請求項２】
前記調整部は、第１の温度においてピストン中心よりも反スラスト側に前記ピストンの重心が位置するように前記ピストンの重心を調整し、第１の温度よりも高い第２の温度において前記ピストン中心上に重心が位置するように前記ピストンの重心を調整する、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記調整部は、前記ピストンの温度に応じて形状を変化させる部材である、請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記部材は前記ピストンに鋳込まれている、請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
前記部材は形状記憶合金である、請求項４に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストンに関し、より特定的には、内燃機関で用いられるピストンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンはたとえば特開平９−２４２６０５号公報（特許文献１）および特開２００２−３０３３７０号公報（特許文献２）に開示されている。
【特許文献１】特開平９−２４２６０５号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、内燃機関のピストンスカート部上部にストラットを鋳込んで重心位置を調整したピストンが開示されている。特許文献２では、ピストン重心をピストン中心軸に近づける錘が開示されている。しかしながら、これらのピストンでは、重心が常に一定の位置に設けられるため、必ずしも必要な特性を十分に満足させることができなかった。具体的には、ピストンの打音を防ぐとともに、オイル消費を改善するという問題を解決することができなかった。そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、打音を防ぐと同時に、オイル消費を改善することが可能なピストンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に従ったピストンは、内燃機関のシリンダ内を、燃焼圧を受けて摺動するピストンであって、ピストンの温度に応じてピストンの重心位置を調整する調整部を備える。このように構成されたピストンでは、温度に応じてピストンの重心位置を調整する。そのため、打音が問題になる低温時と、オイル消費が問題となる高温時においてピストンの重心位置を調整することができ、打音の発生を防ぐと同時にオイル消費量が改善した、高性能のピストンを提供することができる。
【０００５】
好ましくは、調整部は第１の温度においてピストン中心よりも反スラスト側にピストンの重心が位置するようにピストンの重心を調整し、第１の温度よりも高い第２の温度においてピストン中心上にピストンの重心が位置するようにピストンの重心を調整する。この場合、低温である第１の温度では反スラスト側にピストン重心が位置するためスラップ打音を防ぐことができる。これに対して、高温時である第２の温度では、ピストン重心がピストン中心上にあるため、性能が向上しオイル消費量も改善する。
【０００６】
好ましくは、調整部は、ピストンの温度に応じて形状を変化させる部材である。
【０００７】
好ましくは部材はピストンに鋳込まれている。
【０００８】
より好ましくは、部材は形状記憶合金である。この場合、簡易な構造で上述の効果を達成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に従えば、低温時および高温時によってピストンの重心位置を変えることができるため、低温時は重心を反スラスト側へ移動させピストンの打音を低減させることができる。高温時には、ピストン中心上に重心を移動させてオイル消費を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったピストンの断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったピストン１は、シリンダ壁２で囲まれた領域に封入される。ピストン１は、燃焼室６に向かい合うヘッド部１１と、ヘッド部１１に連なりシリンダ壁２に向かい合うスカート部４を有する。また、ピストン１には、コネクティングロッド３２と接続するためのボス部１０が設けられ、ボス部１０にはピン３１が挿入されている。
【００１２】
シリンダ壁２とスカート部４との間には隙間部５が設けられており、所定のクリアランスが確保されている。ピストン１には、シリンダ壁２に向かい合うようにピストンリング溝としてのトップリング溝３、セカンドリング溝７およびオイルリング溝８が設けられている。それぞれの溝には、トップリング２１、セカンドリング１２１およびオイルリング２２１が嵌め合わせられている。トップリング溝３、セカンドリング溝７およびオイルリング溝８はそれぞれ環状であり、それぞれの環状の溝に嵌まり合うようにトップリング２１、セカンドリング１２１およびオイルリング２２１が嵌め合わせられている。
【００１３】
ピストン１はほぼ円柱形状であり、その内部に空洞部１３が設けられる。空洞部１３は凹み形状（凹部形状）であり、空洞部１３内でコネクティングロッド３２が移動する。コネクティングロッド３２はクランクシャフト３３と接続され、クランクシャフト３３が回転中心３４を中心として矢印３６で示す方向に回転することにより、コネクティングロッド３２が往復運動する。すなわち、コネクティングロッド３２のうち、ピン３１に接続された一方端は、往復運動をし、クランクシャフト３３に接続された他方端は回転運動をする。コネクティングロッド３２は回転運動を往復運動に変換する。
【００１４】
ピストン１の底部分には、重心位置を変更するための調整部としての形状記憶合金５０が埋込まれている。形状記憶合金５０は温度によりその形状を変化させる。たとえば、２０℃を境として形状記憶合金５０の形状が変化する。図１では、２０℃以下の、低温時の形状記憶合金の形状を示す。形状記憶合金５０はピストン１の中心線１９上に配置される。
【００１５】
形状記憶合金５０は、合金だけでなく、形状を記憶することが可能な、形状記憶材料で構成することが可能である。具体的には合金を用いる場合に、可逆的マルテンサイト変態を行なう合金において、マルテンサイト変態とその逆変態に伴って超弾性および形状記憶効果が認められる合金を用いることが可能である。このような挙動を持つ合金として、（ＣｕＮｉ）3Ａｌ、ＡｕＣｄ、Ｉｎ−Ｔｉ、ＣｕＡｕＺｎ、ＣｕＺｎ、ＴｉＮｉＡｌ、ＡｇＣｄ、Ｆｅ3Ｐｔなどを用いることができる。
【００１６】
また、形状記憶合金５０に代えて形状記憶樹脂を用いることができる。また、形状記憶合金５０を形状記憶繊維で置き換えることも可能である。
【００１７】
図１では、中心線１９上に形状記憶合金５０を配置しているが、この配置は図１で示すものに限られず、中心線１９を跨ぐように、すなわち、中心線１９に対して左右対称の位置に形状記憶合金５０を複数個設けてもよい。また、ピストン１の下側、すなわちコネクティングロッド３２側に図１では形状記憶合金５０を設けているが、これに限定されるものではなく、中央部に形状記憶合金５０を設けてもよい。さらに、スカート部４だけでなく空洞部１３に形状記憶合金５０を設けてもよい。また、図１では、形状記憶合金を三角形状としているが、これに限られるものではなく、四角形状、五角形状などの多角形状、円形状、楕円形状などのさまざまな形状を採用することが可能である。
【００１８】
図２は、図１中のＩＩで示す方向から見たピストンの底面図である。図２を参照して、ピストン１はやや楕円形状のスカート部４を有し、この楕円はスラスト／反スラスト方向に膨らんだ形状とされている。図２の上側および下側に形状記憶合金５０が埋込まれている。形状記憶合金５０の位置は図２で示されるものに限られず、さらに中心側へ形状記憶合金５０を埋込んでもよい。また、図２では２つの形状記憶合金を示しているが、個数はこれに限られるものではなく、１つのみの形状記憶合金、または３つ以上の形状記憶合金をピストン１に埋込んでもよい。
【００１９】
図３は低温時のピストンの断面図である。図４は高温時のピストンの断面図である。図３を参照して、低温時では、形状記憶合金５０が矢印３８で示す反スラスト方向へ膨らみ、重心Ｇ１が反スラスト方向側へ移動する。これにより、ピストン１が矢印３７で示すスラスト方向に移動することを抑制でき、ピストン１が矢印３７で示すスラスト方向に押されてシリンダ壁２と接触して音を発生する、いわゆるスラップ打音を防ぐことができる。
【００２０】
図４を参照して、高温時、たとえば温度２０℃を超えた場合には、形状記憶合金５０は左右対称形状となる。これにより重心Ｇ２は中心線１９上で、かつピン３１上に位置する。このように、重心Ｇ２が中心線１９上に位置すると、左右の隙間部５の幅が等しくなり、いずれか一方からオイルが燃焼室６へ混入することがなくなる。その結果オイル消費量が改善できる。
【００２１】
すなわち、この発明に従ったピストン１は低温時は、ピストン１の重心Ｇ１が中心線１９より反スラスト側に位置し、高温時は、重心Ｇ２が中心線１９上に位置する。この発明に従ったピストンは、内燃機関のシリンダ内を、燃焼圧を受けて摺動するピストンであって、ピストン１の温度に応じてピストン１の重心Ｇの位置を変更する調整部としての形状記憶合金５０を備える。
【００２２】
形状記憶合金５０は、第１の温度において、中心線１９よりも反スラスト側にピストン１の重心Ｇ１が位置するようにピストン１の重心を調整し、第１の温度よりも高い第２の温度において、ピストン１の中心線１９上にピストン１の重心Ｇ２が位置するようにピストン１の重心を調整する。
【００２３】
形状記憶合金５０は、ピストン１の温度に応じて形状を変化させる部材である。形状記憶合金５０はピストン１に鋳込まれている。
【００２４】
シリンダ壁２は鉄製であり、ピストン１はアルミニウム製であり、ピストン１はシリンダ壁２に対して熱収縮および熱膨張が大きい。このため、低温時、たとえば温度−２０℃から０℃の範囲では、ピストン１の収縮が大きくなり、ピストン１とシリンダ壁２とのクリアランスが大きくなる。そのため、スラスト側のピストン１とシリンダ壁２との間で打音が発生するが、本発明に従えば、低温時には重心Ｇ１は中心線１９よりも反スラスト側に位置するため、低温時におけるピストン１のスラスト方向への移動を防ぐことができる。
【００２５】
これに対して、高温時、すなわちエンジンが実動している温度２００℃から３００℃では、隙間部５におけるクリアランスが小さくなり、重心を反スラスト側に存在させる必要がない。逆に、エンジン実動時に重心Ｇが反スラスト側に位置すると、ピストンの姿勢が悪くなるためオイル消費が悪化し、性能が低下するおそれがある。本発明では、高温時には、形状記憶合金５０を変形させてピストン１の重心Ｇ２を中心線１９上に配置しているため、ピストンの姿勢が改善され、オイル消費量を抑制することができる。
【００２６】
低温時と高温時でピストン１の重心Ｇの最適位置が異なるが、本発明では、この温度に応じた最適位置を満たすために形状記憶合金５０を用いている。これにより、低温時の打音を防ぎ、かつ高温時のオイル消費量の改善を図ることが可能となった。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従ったピストンの断面図である。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図５および図６を参照して、この発明の実施の形態２に従ったピストン１では、形状記憶合金５０の形状が実施の形態１に従ったピストン１と異なる。形状記憶合金５０はＬ型であり、一方端がピストン１に固定されている。高温時は実線で示すように中心近傍に形状記憶合金５０が位置するが、低温時には、点線で示すように形状記憶合金５０が延びる。高温時には、重心Ｇ２は中心線１９上に位置するが、低温時には、形状記憶合金５０が反スラスト側へ延びる分だけ重心Ｇ１が反スラスト側へ移動する。図６で示すように、形状記憶合金５０は２ヶ所に設けられているため、重心の移動量も大きくなる。
【００２８】
このように構成された、この発明の実施の形態２に従ったピストン１でも、実施の形態１に従ったピストンと同様の効果がある。
【００２９】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、本発明の重心の調整部として形状記憶合金５０を用いたが、これに限られるものではなく、他の有機材料および無機材料で調整部を構成することが可能である。
【００３０】
さらに、重心の位置を変更する温度、すなわち、形状記憶合金５０の形状が変化する温度は、２０℃に限られず、エンジンの特性、隙間部５の寸法、シリンダ壁２の材質、ピストン１の材質によって、さまざまに変更することが可能である。
【００３１】
また、本発明を適用するエンジンとしては、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンなどのさまざまなエンジンが本発明の適用対象となる。
【００３２】
またエンジンの形状としても、Ｖ型、直列型、Ｗ型および水平対向型などのさまざまなエンジンに本発明を適用することが可能である。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明は、内燃機関のピストンの分野で利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１に従ったピストンの断面図である。
【図２】図１中のＩＩで示す方向から見たピストンの底面図である。
【図３】低温時のピストンの断面図である。
【図４】高温時のピストンの断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に従ったピストンの断面図である。
【図６】図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ピストン、２  シリンダ壁、３  トップリング溝、４  スカート部、５  隙間部、６  燃焼室、７  セカンドリング溝、８  オイルリング溝、１０  ボス部、１１  ヘッド部、１３  空洞部、１９  中心線、２１  トップリング、３１  ピン、３２  コネクティングロッド、３３  クランクシャフト、３４  回転中心、５０  形状記憶合金、１２１  セカンドリング、２２１  オイルリング。
【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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