(57)【要約】    【課題】  構造が簡単であり、耐久性に優れると共に、冷間時に異音を低減させ、且つ温間時にフリクションが増加することを防止することが可能な内燃機関のピストン構造を提供する。    【解決手段】  冷間時に、ピストン１の軸芯とピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂの中心とがオフセットしてなり、ピストン頂部１１側且つスラスト側の少なくとも一部に、ピストン頂部１１側且つ反スラスト側の肉厚よりも厚い肉厚を備えた第１の厚肉部を形成し、ピストン１の下部側且つ反スラスト側の少なくとも一部に、ピストン１の下部側且つスラスト側の肉厚よりも厚い肉厚を備えた第２の厚肉部を形成してなるピストン構造である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間時に、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とがオフセットしてなるピストン構造であって、
前記ピストンの頂部側且つシリンダボアを画定する壁部に対するスラスト側の少なくとも一部に、当該ピストンの頂部側且つ前記壁部に対する反スラスト側の肉厚よりも厚い肉厚を備えた第１の厚肉部を形成し、
前記ピストンの下部側且つシリンダボアを画定する壁部に対する反スラスト側の少なくとも一部に、当該ピストンの下部側且つ前記壁部に対するスラスト側の肉厚よりも厚い肉厚を備えた第２の厚肉部を形成してなるピストン構造。
【請求項２】
前記第１の厚肉部がピストンリング溝の下方に形成され、前記第２の厚肉部がピストンスカートの下端部に形成されてなる請求項１記載のピストン構造。
【請求項３】
前記第１の厚肉部が、前記ピストンの周壁に沿って、当該ピストンの一方のピンボス部から他方のピンボス部まで形成されてなる請求項１または請求項２記載のピストン構造。
【請求項４】
前記第２の厚肉部が、前記ピストンの周壁に沿って、当該ピストンの一方のピンボス部から他方のピンボス部まで形成されてなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のピストン構造。
【請求項５】
前記第１の厚肉部が第１のリブからなり、前記第２の厚肉部が第２のリブからなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のピストン構造。
【請求項６】
前記第１のリブ及び第２のリブは、ピストンと同種材料から構成されてなる請求項５記載のピストン構造。
【請求項７】
冷間時に、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とがオフセットしてなるピストン構造であって、
前記ピストンの周壁の、シリンダボアを画定する壁部に対するスラスト側に、切欠きを形成してなるピストン構造。
【請求項８】
前記切欠きが、前記ピストンの頂部側に形成されてなる請求項７記載のピストン構造。
【請求項９】
前記切欠きが、前記ピストンの周壁に沿って形成されてなる請求項または請求項８記載のピストン構造。
【請求項１０】
前記ピストンの下部側且つシリンダボアを画定する壁部に対する反スラスト側の少なくとも一部に、当該ピストンの下部側且つ前記壁部に対するスラスト側の肉厚よりも厚い肉厚を備えた厚肉部を形成してなる請求項７ないし請求項９のいずれか一項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、内燃機関のピストン構造にかかり、特に、ピストンの軸芯と、ピストンピン穴の中心との間にオフセットを設けてなるピストンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関のピストンが、該ピストンに作用する横方向の力によって横方向に変位し、シリンダボアを画定する壁部と衝突して騒音を発生する振動騒音発生現象は、ピストンスラップと呼ばれ、内燃機関の騒音の大きな要因となっている。そこで、このような内燃機関から発生する騒音を防止するための様々な提案がなされている。
【０００３】
このようなピストン構造としては、例えば、ピストンリンググローブを有するピストン頂部及び最も下のリンググローブの下方に続くピストンシャフトから形成されており、ピストンシャフトがその軸方向の母線のために対称軸線をなす縦方向軸線を有しており、ピストンシャフトが対向圧力側で横スリットによってピストン頂部と分割されており、ピストンのシャフトの内部でその上方端部に調整ストリップが嵌め込まれてなり、この調整ストリップが、ピストンをなす軽金属よりも小さな熱膨張係数を有する材料から形成されている軽金属製ピストン構造がある。この軽金属製ピストン構造では、シャフトの対向圧力側におけるシャフトの上方範囲の半径方向の熱膨張が、圧力側における熱膨張よりも小さくなるため、ピストンの常温状態で対向圧力側におけるピストン頂部とシリンダボアを画定する壁部との衝突によって生じる騒音を減少させることができる。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、前述したピストンスラップの発生が、ピストンピン穴の中心と、ピストンの軸芯との間のオフセット量に強い相関関係があることに着目し、ピストンピン穴の中心と、ピストンの軸芯との間に所定のオフセットを設けることで、冷機始動時や低回転低負荷域で機関温度が十分に上がっていない場合（以下、単に「冷間時」という）の異音を低減させることも従来から知られている。しかしながら、この従来技術では、機関運転状態が、中・高回転に高負荷域にあり、機関温度が十分に上がっている場合（以下、単に「温間時」という）に、フリクションが増加し、騒音が悪化する可能性があった。
【０００５】
そこで、ピストンの対向両側部に有するピンボス部に、長穴を形成すると共に、この長穴内に中央にピストンピン穴を有するブロックをピストンのシリンダボアを画定する壁部に対するスラスト・反スラスト側へ移動可能に設け、かつ該ブロックの一側に熱膨張変化率の大きな膨張部材を設ける一方、ブロックの他側に弾性部材を設けた内燃機関のピストン構造がある。このピストン構造では、ピンボス部に異種金属を用いることで、冷間時と温間時において、ピストンとピストンピン穴との間のオフセット量を変化させて、冷間時の異音を低減させると共に、温間時にフリクションが増加することを防止している。（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特表平２−５０３１０４号公報
【特許文献２】特開平４−２７６１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたピストン構造は、ピストンスラップの発生が、ピストンピン穴の中心と、ピストンの軸芯との間のオフセット量に対し強い相関関係があることに着目したものではなく、ピストンピン穴の中心と、ピストンの軸芯との間にオフセットを設けることに関する言及はなされていない。
【０００７】
一方、特許文献２に記載されたピストン構造は、ピンボス部に異種金属を設けているため、製造工程が複雑となると共に、製造コストが増加する。また、重量が増加するという問題もある。さらにまた、耐久性の確保が困難となる虞もある。したがって、このピストン構造は、さらなる改良の余地があった。
【０００８】
本発明は、このような従来のピストン構造を改良することを課題とするものであり、構造が簡単であり、耐久性に優れると共に、冷間時に異音を低減させ、且つ温間時にフリクションが増加することを防止することが可能な内燃機関のピストン構造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】
【０００９】
この目的を達成させるため、本発明は、冷間時に、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とがオフセットしてなるピストン構造であって、前記ピストンの頂部側、且つシリンダボアを画定する壁部に対するスラスト側（以下、単に「スラスト側」と記す）少なくとも一部に、当該ピストンの頂部側且つ前記壁部に対する反スラスト側（以下、単に「反スラスト側」と記す）の肉厚よりも厚い肉厚を備えた第１の厚肉部を形成し、前記ピストンの下部側且つ反スラスト側の少なくとも一部に、当該ピストンの下部側且つスラスト側の肉厚よりも厚い肉厚を備えた第２の厚肉部を形成してなるピストン構造を提供するものである。
【００１０】
ここで、通常、ピストンは、例えば温間時には、ピストンの頂部側の温度が、ピストンの下部側の温度に比べて高くなる、すなわち、ピストンの頂部側とピストンの下部側との間に温度差が生じる。
【００１１】
本発明にかかるピストン構造では、ピストンの頂部側であって、スラスト側の少なくとも一部の肉厚（壁厚）が、前述したように厚く構成されているため、ピストンの頂部側がピストンの下部側よりも高温となった際に、この肉厚部分（第１の肉厚部分）を他の部分に比べ効率よく熱膨張させることができる。さらに、本発明にかかるピストン構造では、ピストンの下部側であって、反スラスト側の少なくとも一部の肉厚（壁厚）が、前述したように厚く構成されているため、ピストンの頂部側がピストンの下部側よりも高温となった際に、この肉厚部分（第２の肉厚部分）には熱膨張を抑えようとする力が働くことになる。したがって、ピストンの頂部側がピストンの下部側よりも高温となった際には、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とのオフセット量を、冷間時よりも小さくする、あるいは無くすことができる。すなわち、冷間時と温間時とで、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とのオフセット量を可変にすることができる。
【００１２】
また、ピストンの前記所定位置の肉厚を厚くするという単純な構成であるため、異種金属等を使用する必要がないため、コストの増加を抑制することができると共に、耐久性を向上させることもできる。
【００１３】
また、本発明にかかるピストン構造は、前記第１の厚肉部がピストンリング溝の下方に形成され、前記第２の厚肉部がピストンスカートの下端部に形成された構成とすることができる。このように構成することで、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とのオフセット量を、冷間時よりもさらに効率よく小さくする、あるいは無くすことができる。
【００１４】
そしてまた、本発明にかかるピストン構造では、前記第１の厚肉部は、前記ピストンの周壁に沿って、当該ピストンの一方のピンボス部から他方のピンボス部まで形成されていてもよい。また、前記第２の厚肉部は、前記ピストンの周壁に沿って、当該ピストンの一方のピンボス部から他方のピンボス部まで形成されていてもよい。
【００１５】
そしてまた、本発明にかかるピストン構造は、前記第１の厚肉部を第１のリブから形成し、前記第２の厚肉部を第２のリブから形成してもよい。前記第１のリブ及び第２のリブは、ピストンと同種材料から構成することができる。
【００１６】
また、本発明は、冷間時に、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とがオフセットしてなるピストン構造であって、前記ピストンの周壁のスラスト側に、切欠きを形成してなるピストン構造を提供するものである。
【００１７】
この構成を備えたピストン構造は、前記切欠きの存在によって、ピストンの頂部側が温間となった際に、当該切欠きが形成されている位置からピストン頂部側を効率よく熱膨張させることができる。したがって、ピストンの頂部側がピストンの下部側よりも高温となった際には、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とのオフセット量を、冷間時よりも小さくする、あるいは無くすことができる。すなわち、冷間時と温間時とで、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とのオフセット量を可変にすることができる。
【００１８】
また、ピストンの前記所定位置に切欠きを形成するという単純な構成であるため、異種金属等を使用する必要がないため、コストの増加を抑制することができると共に、耐久性を向上させることもできる。
【００１９】
前記切欠きは、前記ピストンの頂部側に形成することができる。また、この切欠きは、ピストンの上下方向の中央部よりもピストンの頂部側に形成してもよい。そしてまた、前記切欠きは、前記ピストンの周壁に沿って形成することもできる。
【００２０】
また、この切欠きが形成されたピストン構造では、前記ピストンの下部側且つ反スラスト側の少なくとも一部に、当該ピストンの下部側且つスラスト側の肉厚よりも厚い肉厚を備えた厚肉部を形成することもできる。このように構成すれば、この厚肉部分には、他の部分に比べ熱膨張を抑えようとする力が働くことになる。したがって、ピストンの頂部側がピストンの下部側よりも高温となった際には、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とのオフセット量を、冷間時よりもさらに効率よく小さくする、あるいは無くすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかるピストン構造によれば、構造が簡単であり、耐久性に優れると共に、冷間時には、ピストンの軸芯と、ピストンピン穴の中心とが、オフセットされているため、ピストンが、シリンダボアを画定している壁部に衝突する際の衝撃力を低減することができる。したがって、ピストン頂部と、シリンダボアを画定する壁部との衝突によって騒音が発生することを減少させることができる。また、温間時には、ピストンの軸芯とピストンピン穴の中心とのオフセット量を、冷間時よりも小さくする、あるいは無くすことができるため、シリンダボア内でのピストンの姿勢が安定し、フリクションの発生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】
【００２２】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかるピストン構造について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態にかかるピストンの一部を破断した状態を示す斜視図であり、冷間時の状態を示す図、図２は、図１に示すピストンのII−II線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図、図３は、図２に示すIII−III線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図、図４は、図３に示すIV−IV線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図、図５は、図３に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図、図６は、図２に示すピストンの温間時の状態を示す断面図、図７（１）は、本実施の形態にかかるピストンの冷間時のピストンボアに対する状態を示す模式図、図７（２）は、本実施の形態にかかるピストンの冷間時のピストンボアに対する状態を示す模式図である。
【００２４】
図１〜図５に示す本実施の形態にかかるピストン１は、図７に示すように、例えば、自動車用内燃機関のシリンダブロック１００に形成されたシリンダボア１０１内に配設される。
【００２５】
このピストン１は、ピストン頂部１１の下側にコンプレッションリング溝１２及び１３が形成され、コンプレッションリング溝１２の下側にオイルリング溝１４が形成されている。なお、コンプレッションリング溝１２及び１３には、図示しないコンプレッションリングが、オイルリング溝１４には、図示しないオイルリングが、各々配設される。
【００２６】
また、ピストン１は、オイルリング溝１４の下側にピストンスカート１５を有している。このピストンスカート１５の内周面の互いに１８０度位相した位置、即ち、対向した位置には、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂが各々形成されている。また、このピンボス部１６Ａ及び１６Ｂには、図示しないピストンピンが挿入されるピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂが形成されている。そして、このピストン１は、ピストン頂面のピストンピンの挿入方向の長さが、これに直交する方向の長さよりも短い構成を備えた楕円状ピストンとなっている。
【００２７】
なお図２及び図６に示す符号Ｏ1は、このピストン１の軸芯を示し、符号Ｏ2は、ピストン１の軸芯Ｏ1と平行であって、ピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂの中心を通る線（以下、「中心線Ｏ2」という）を示している。また、図３〜５に示す符号Ｏ3は、ピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂの軸芯を示し、符号Ｏ4は、ピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂの軸芯Ｏ3と平行であって、ピストン１の中心を通る線（以下、「中心線Ｏ4」という）を示している。
【００２８】
ピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂは、冷間時において、その中心線Ｏ2（軸線Ｏ3）が、ピストン１の軸芯Ｏ1（中心線Ｏ4）に対し、シリンダブロック１００のシリンダボア１０１を画定する壁部１０２に対するスラスト側にオフセットされた状態となるよう形成されている。すなわち、ピストン１の軸芯Ｏ1（中心線Ｏ4）が、ピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂの中心線Ｏ2（軸線Ｏ3）に対し、反スラスト側にオフセットされた状態となるよう形成されている。そして、このピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂは、図示しないピストンピンの挿入方向と垂直な方向（すなわち、ピストン１の長軸方向）が、短軸より若干長い長軸となる楕円あるいは長円状を有している。
【００２９】
また、ピストン１の軸芯方向の中央部よりもピストン頂部１１側であって、オイルリング溝１４の下方であり且つスラスト側には、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂから連続してリブ２０が形成されている。このリブ２０は、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂとほぼ同様の厚みを有している。すなわち、この部分は、ピストン１のピストン頂部１１側、且つ反スラスト側に比べ、リブ２０が形成されている分だけ、その肉厚（壁厚）が厚く構成されている。なお、リブ２０は、ピストン１の周壁と同じ材料から構成されている。
【００３０】
さらに、ピストン１の下部側であって、ピストン１の反スラスト側には、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂから連続するリブ３０が形成されている。このリブ３０は、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂとほぼ同様の厚みを有していると共に、ピストン１の軸芯方向の長さ（幅）がリブ２０とほぼ同様となっている。すなわち、このリブ３０が形成されている部分は、ピストン１の下部側、且つスラスト側に比べ、リブ３０が形成されている分だけ、その肉厚（壁厚）が厚く構成されている。なお、リブ３０も、ピストン１の周壁と同じ材料から構成されている。
【００３１】
この構成を備えたピストン１は、冷間時には、図２及び図７（１）に示すように、ピストン１の軸芯Ｏ1に対し、ピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂの中心線Ｏ2がスラスト側にオフセットされている。したがって、図７（１）に示すように、ピストン１がシリンダブロック１００のシリンダボア１０１内で、圧縮行程から爆発工程に移行する際に、図示しないコネクティングロッドの傾きの変位により、ピストン１の上死点付近では、ピストン１がピストンボア１０１の壁部１０２に当たり、ピストンラップを発生させようとするが、前記オフセットの存在によって、壁部１０２には、比較的柔らかいピストンスカート１５が当たることになるため、両者の衝撃力を低下させることができ、ピストンラップの発生を抑制することができる。このため、異音の発生を防止することができる。
【００３２】
一方、温間時には、ピストン頂部１１側がピストン１の下部側よりも高温となるため、ピストン１のリブ２０が形成された部分、すなわち、肉厚部分が、他の部分よりも効率よく熱膨張する。また、ピストン１のリブ３０が形成された部分には、熱膨張を抑えようとする力が働く。したがって、ピストン１は、温間時には、図６及び図７（２）に示すように、ピストン１の軸芯Ｏ1と、ピストンピン穴１７Ａ及び１７Ｂの中心線Ｏ2とが、一致するあるいは、両者間のオフセット量が冷間時よりも小さくなる。したがって、図７（２）に示すように、シリンダボア１０１内でのピストン１の姿勢が安定し、フリクションの発生を防止することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、リブ２０を、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂと連続するように前述した位置に形成した場合について説明したが、これに限らず、リブ２０は、ピストン１のピストン頂部１１側であり、且つスラスト側の少なくとも一部に形成されていればよい。また、リブ２０の、ピストン１の軸芯方向の長さは、所望により決定することができるが、リブ２０は、ピストン１の軸芯方向中央位置よりも上側に形成されていることが好適である。
【００３４】
また、本実施の形態では、リブ３０を、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂと連続するように前述した位置に形成した場合について説明したが、これに限らず、リブ３０は、ピストン１の下部側であり、且つ反スラスト側の少なくとも一部に形成されていればよい。また、リブ３０の、ピストン１の軸芯方向の長さは、所望により決定することができるが、リブ３０は、ピストン１の軸芯方向中央位置よりも下側に形成されていることが好適である。
【００３５】
さらにまた、本実施の形態では、リブ２０及び３０の肉厚を、ピンボス部１６Ａ及び１６Ｂのピストンピン挿入方向の長さとほぼ同じにした場合について説明したが、これに限らず、リブ２０及び３０の肉厚は、所望により決定することができる。
【００３６】
そしてまた、本発明は、ピストン１の、ピストン頂部１１側であり、且つスラスト側の少なくとも一部が、ピストン頂部１１側であり、且つ反スラスト側の肉厚よりも厚い肉厚であり、ピストン１の下部側であり、且つ反スラスト側の少なくとも一部が、ピストン１の下部側であり、且つスラスト側の肉厚よりも厚い肉厚で構成されていれば、ピストンとしての機能を損なわない範囲内で、これらの肉厚部分がピストン１の外周面から外部に突出していてもよい。
【００３７】
また、本実施の形態の変形例としては、例えば、図８及び図９に示すように、ピストン１の軸芯方向の中央部付近のスラスト側に、ピストン１の外周面に沿ってピンボス部１６Ａからピンボス部１６Ｂに延びる、切欠き部４０を形成してもよい。このようにすることで、切欠き部４０が形成されている位置からピストン頂部１１側を効率よく熱膨張させることができる。
【００３８】
なお、この場合、切欠き部４０は、図８及び図９に示すように、ピストン１の外周面側から内周面側に向けて形成してもよく、内周面側から外周面側に向けて形成してもよい。また、上記例では、切欠き部４０は、図８及び図９に示すように、ピンボス部１６Ａからピンボス部１６Ｂまで形成したが、これに限らず、切欠き部は、ピストン１の周壁のスラスト側の所望位置に、所定の長さ、幅、深さで形成すればよい。
【００３９】
そしてまた、前記切欠き部４０が形成された構成であっても、ピストン１の下部側、且つ反スラスト側の少なくとも一部の肉厚を、ピストン１の下部側、且つスラスト側よりも
厚く構成してもよい。
【００４０】
さらにまた、本実施の形態では、楕円状ピストンについて説明したが、これに限らず、ピストンの形状は、例えば、ピストン頂面の形状が長円を備えているもの等、様々な形状を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態にかかるピストンの一部を破断した状態を示す斜視図であり、冷間時の状態を示す図である。
【図２】図１に示すピストンのII−II線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図である。
【図３】図２に示すIII−III線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図である。
【図４】図３に示すIV−IV線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図である。
【図５】図３に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図である。
【図６】図２に示すピストンの温間時の状態を示す断面図である。
【図７】（１）は、本実施の形態にかかるピストンの冷間時のピストンボアに対する状態を示す模式図、（２）は、本実施の形態にかかるピストンの冷間時のピストンボアに対する状態を示す模式図である。
【図８】本発明の他の実施の形態にかかる図２に対応した断面図であり、冷間時の状態を示す図である。
【図９】図に示すIX−IX線に沿った断面図であり、冷間時の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    ピストン
１１    ピストン頂部
１２、１３    コンプレッションリング
１４    オイルリング
１５    ピストンスカート
１６Ａ、１６Ｂ    ピンボス部
１７Ａ、１７Ｂ    ピストンピン穴
２０、３０    リブ
４０    切欠き部
１００    シリンダブロック
１０１    シリンダボア
１０２    壁部
【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】
2005214037.tif 000009
【図８】
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【図９】
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