(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン下死点位置においてシリンダボア下縁からピストンスカート部の一部が露出する内燃機関のピストンにおいて、
ピストン下死点位置において上記シリンダボア下縁の少なくとも一部を含むようにピストンスカート部表面に凹部が設けられており、
この凹部は、その上端がピストンリング溝から離れているとともに、その下端が、ピストンスカート部下端の僅かに上方の位置で終端していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
ピストン下死点位置においてシリンダボア下縁からピストンスカート部の一部が露出する内燃機関のピストンにおいて、
ピストン下死点位置において上記シリンダボア下縁の少なくとも一部を含むようにピストンスカート部に切欠部が設けられており、
この切欠部は、その上端がピストンリング溝から離れているとともに、その下端が、ピストンスカート部下端の僅かに上方の位置で終端していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項３】
ピストン下死点位置においてシリンダボア下縁からピストンスカート部の一部が露出する内燃機関のピストンにおいて、
ピストン下死点位置において上記シリンダボア下縁の少なくとも一部を含むようにピストンスカート部表面に凹部が設けられており、
この凹部は、ピストン上部で深く、ピストン下部で浅くなっており、ピストン上部の深い部分に潤滑油が溜まるようにその上端がピストンリング溝から離れていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項４】
上記シリンダボア下縁は、ピストンクランク機構の運動体との干渉を回避するための切欠部を周方向の一部に有し、このシリンダボア側の切欠部に対応して上記凹部もしくは上記切欠部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のピストン。
【請求項５】
上記シリンダボア下縁の切欠部は、シリンダ上下方向に直線状に延びた側縁を有し、この側縁に対応して、上記凹部もしくは上記切欠部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のピストン。
【請求項６】
上記凹部は、スカート部最下端まで連続していることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のピストン。
【請求項７】
凹部上方のスカート部表面と凹部上端との境界となる段差部が、凹部深さを曲率半径とし、スカート部表面に沿った位置に半径の中心を有するＲ面をなしていることを特徴とする請求項１、３〜６のいずれかに記載の内燃機関のピストン。
【請求項８】
凹部下方のスカート部表面と凹部下端との境界となる段差部が、凹部深さを曲率半径とし、凹部底面に沿った位置に半径の中心を有するＲ面をなしていることを特徴とする請求項１、３〜７のいずれかに記載の内燃機関のピストン。
【請求項９】
上記ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパリンクと、このアッパリンクの他端にアッパピンを介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が上記ロアリンクにコントロールピンを介して連結されたコントロールリンクと、を備えてなる複リンク式ピストンクランク機構に用いられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関のピストン。
【請求項１０】
上記コントロールリンクの機関本体側の揺動支点位置を変化させることにより上記ピストンクランク機構が可変圧縮比機構を構成することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のピストン、特に、ピストン下死点位置においてシリンダボア下縁からピストンスカート部の一部が露出するピストンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式内燃機関のピストンピンとクランクピンとの間を複リンク式のピストンクランク機構で連結した従来技術として、本出願人が先に提案した特許文献１等が公知となっている。これは、ピストンのピストンピンに連結されるアッパリンクと、このアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が上記ロアリンクに連結されるコントロールリンクと、を備えている。そして、上記アッパリンクと上記ロアリンクとは、アッパピンを介して互いに回転可能に連結され、上記コントロールリンクと上記ロアリンクとは、コントロールピンを介して互いに回転可能に連結されている。
【０００３】
このような複リンク式ピストンクランク機構においては、各リンクの長さ等のリンク構成を適切に設定することにより、ピストンストロークやピストン上死点位置の変化量を調節することが可能である。特に、ロアリンクが一種の”てこ”のような作用を有することから、本出願人が先に提案した特許文献２のように、ピストンの下死点位置を低くしつつピストンストロークを拡大することが可能である。この特許文献２に記載の構成では、ピストンが下死点付近にあるときに、該ピストンのピンボスの側方をクランクシャフトのカウンタウェイト外周部が通過する。
【特許文献１】特開２００４−１１６４３４号公報
【特許文献２】特開２００５−１４７０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば上記の特許文献２のようにピストンの下死点位置が相対的に下方つまりクランクシャフトの回転中心に近づいた構成とすると、シリンダボアも相対的に下方に位置することになるので、シリンダボア下縁に、カウンタウェイトやロアリンク等の運動体との干渉を回避するための切欠部が必要となる。つまり、筒状に延びたシリンダボア下縁の周方向の一部が、上下方向に沿ったスリット状に切り欠かれた形となり、この結果、ピストンが下死点付近にあるときに、この切欠部を通して、ピストンスカート部の一部が露出する。
【０００５】
ピストンの運動方向が反転する下死点においては、ピストンの摺動速度が一時的に０となるため、一般にシリンダボアとピストンスカート部との間に潤滑油膜を確保することが困難となり、そもそも潤滑条件が厳しい。このような下死点位置において、ピストンスカート部がシリンダボアの切欠部から露出すると、この部分での潤滑確保がより厳しくなる。特に、上記の切欠部は、一般に、ピストン摺動方向に沿った上下方向のスリット状のものとなるので、その側縁に、上下方向に沿った直線状のエッジが生じ、このエッジに対する潤滑が非常に困難である。
【０００６】
また、上記の複リンク式ピストンクランク機構では、下死点位置において、アッパリンクがシリンダボア中心線に対し大きく傾斜した姿勢となるので、ピストンがシリンダボア壁面に押し付けられるスラスト力が大となり、これによる摩耗の問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、この発明は、ピストン下死点位置においてシリンダボア下縁からピストンスカート部の一部が露出する内燃機関のピストンにおいて、ピストン下死点位置において上記シリンダボア下縁の少なくとも一部を含むようにピストンスカート部表面に凹部もしくはスカート部に切欠部を設けたものである。一つの態様では、この凹部もしくは切欠部は、その上端がピストンリング溝から離れているとともに、その下端が、ピストンスカート部下端の僅かに上方の位置で終端している。また他の一つの態様では、凹部は、ピストン上部で深く、ピストン下部で浅くなっており、ピストン上部の深い部分に潤滑油が溜まるようにその上端がピストンリング溝から離れている。この場合の凹部は、スカート部最下端まで連続していてもよい。
【０００８】
この凹部もしくは切欠部によって、下死点位置において、シリンダボア下縁とスカート部表面との直接的な接触が防止され、潤滑不良による摩耗等の問題を回避される。
【０００９】
凹部であれば、ピストンの剛性低下代は小さく、一方、切欠部であれば、その加工が比較的容易である。
【００１０】
より具体的な一つの態様では、上記シリンダボア下縁は、ピストンクランク機構の運動体との干渉を回避するための切欠部を周方向の一部に有しており、このシリンダボア側の切欠部に対応して上記凹部もしくは上記切欠部が設けられている。
【００１１】
上記シリンダボア下縁の切欠部がシリンダ上下方向に直線状に延びた側縁を有している場合には、この側縁に対応して、上記凹部もしくは上記切欠部を設けることが望ましい。
【００１３】
この発明のピストンは、通常の単リンク式のピストンクランク機構を備えた内燃機関にも適用することができるが、特に、ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパリンクと、このアッパリンクの他端にアッパピンを介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が上記ロアリンクにコントロールピンを介して連結されたコントロールリンクと、を備えてなる複リンク式ピストンクランク機構に好適である。
【００１４】
また、この複リンク式ピストンクランク機構は、上記コントロールリンクの機関本体側の揺動支点位置を変化させることにより可変圧縮比機構として機能し得る。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、例えばシリンダボア下縁の切欠部を通してピストンスカート部の一部が露出する場合に、この切欠部のエッジなどとのピストンスカート部の直接的な接触が回避され、その耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。始めに、図１に基づいて、この発明のピストンが用いられる複リンク式ピストンクランク機構全体の構成を説明する。
【００１７】
これは、特に、可変圧縮比機構として構成したものであって、図示するように、シリンダブロック５に形成されたシリンダボア６内に、ピストン１が摺動可能に配設されており、このピストン１に、アッパリンク１１の一端がピストンピン２を介して揺動可能に連結されている。このアッパリンク１１の他端は、第１連結ピン１２を介してロアリンク１３の一端部に回転可能に連結されている。ロアリンク１３は、その中央部においてクランクシャフト３のクランクピン４に揺動可能に取り付けられている。このロアリンク１３は、クランクピン４への組付のためにクランクピン４中心を通る分割面に沿って２分割して構成され、かつ一対のボルト１４により一体化されている。なお、符号７で示す点が、クランクシャフト３の回転中心（図示せぬジャーナル部の中心）である。
【００１８】
上記ロアリンク１３の他端部には、コントロールリンク１５の一端が第２連結ピン１６を介して回転可能に連結されている。このコントロールリンク１５の他端は、内燃機関本体の一部に揺動可能に支持されており、かつ、圧縮比の変更のために、その揺動支点の位置が、内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト３と平行に延びた制御軸１８と、この制御軸１８に偏心して設けられた円形の偏心カム１９と、を有しており、この偏心カム１９の外周面に上記コントロールリンク１５の他端が回転可能に嵌合している。上記制御軸１８は、図示せぬ軸受ブラケットを介してシリンダブロック５に回転可能に支持されている。
【００１９】
従って、圧縮比の変更のために、図外のアクチュエータにより制御軸１８を回転駆動すると、コントロールリンク１５の揺動支点となる偏心カム１９の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、コントロールリンク１５によるロアリンク１３の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン１の行程位置が変化し、ひいては機関圧縮比が変更されることになる。
【００２０】
ここで、上記シリンダボア６は、その下端６ａが下方へ筒状に延びているとともに、カウンタウェイト８外周部やアッパリンク１１等との干渉を回避するために、その下縁の周方向の一部に、適宜な形状の切欠部９が設けられている。従って、ピストン１が図示するような下死点位置にあるときに、ピストン１の一部が切欠部９を通して露出する。
【００２１】
図２は、この発明に係るピストン１の側面図であり、このピストン１は左右対称形状であるため、右半分を省略して示している。このピストン１は、例えばアルミニウム合金を用いて一体に鋳造されたものであって、比較的厚肉な円盤状をなすピストン頭部２１の外周面に、複数本、例えば３本のピストンリング溝２２が形成されているとともに、ピストン８のスラスト−反スラスト方向となる周方向の一部に、上記外周面から円筒面に沿って延びるように、スカート部２３が形成されている。このスカート部２３は、図示するように、ピストンピン２と直交する方向から見た投影形状が略矩形状をなし、そのピストンピン軸方向に沿った幅は、ピストン１の直径よりも小さく、ピストンピン２の全長と略等しいものとなっている。つまり、スカート部２３は、周方向の比較的小さな範囲に設けられている。また、上記ピストン頭部２１の裏面中心部に、ピストンピン２の両端部を支持する一対のピンボス部２４が形成されている。クランクシャフト３のカウンタウェイト８は、ピストン１の下死点付近で、ピンボス部２４側方の空間２５を通過する。
【００２２】
上記スカート部２３の表面には、上下方向に沿って細長い帯状をなす一対の凹部３１が形成されている。この凹部３１は、例えば、シリンダボア６下縁にアッパリンク１１に対応して設けられた切欠部９の両側の側縁位置に対応しており、ピストン１が下死点位置にあるときに、切欠部９の上下方向に沿った側縁が、この凹部３１内に重なるような位置関係となっている。なお、凹部３１は、下端がスカート部２３下端に達している。
【００２３】
このような実施例の構成によれば、ピストン１の摺動速度が０となる下死点、さらにはスラスト荷重が最大となる下死点付近の位置において、切欠部９の側縁とスカート部２３表面との直接的な接触が確実に回避される。なお、凹部３１に代えて、スカート部２３に、図示した凹部３１と同様の形状のスリット状の切欠部を形成するようにしてもよい。スカート部２３下端に開放された切欠部とすれば、その加工が容易である。他方、図示例のように凹部３１であれば、切欠部の形成に比較して、スカート部２３の剛性低下を伴うことがない。
【００２４】
図３は、上下に細長い凹部３２の下端を、スカート部２３下端の僅かに上方の位置で終端させた第２実施例を示している。つまり、凹部３２は、スカート部２３下端まで達していない。このような構成によれば、凹部３２の下方の符号３３で示す部位がスカート部２３の所定の外周面の一部として残存するので、上述した第１実施例に比較して、ピストン１がピストンピン２を中心として傾くことにより生じるシリンダボア６壁面との衝突すなわちスラップ現象の抑制の上で有利となる。なお、前述したように、凹部３１に代えて、図３に示す凹部３１と同様の形状のスリット状に切欠部を設けるようにしてもよい。このような場合でも、下端が開放されたスリットとならないので、スカート部２３の剛性低下が非常に小さなものとなる。
【００２５】
次に、図４は、スカート部２３の下部に、周方向の全体に亘って凹部３４を設けた第３実施例を示している。この実施例では、ピストン１が下死点位置にあるときに、切欠部９を有するシリンダボア６下縁が広く凹部３４内に包含される。従って、切欠部９の周方向に延びる上縁のエッジも凹部３４に重なるようになり、その直接的な接触が回避される。
【００２６】
さらに、図５は、図４と同様の周方向の全体に亘った凹部３５をスカート部２３下部に設けるとともに、その下端３５ａを、スカート部２３下端よりも上方位置で終端させた第４実施例を示している。このような構成では、図４の第３実施例に比較してスカート部２３の剛性が高くなり、また、スラップ現象の抑制の上で有利となる。
【００２７】
次に、図６は、図２もしくは図４等に示したようにスカート部２３下端に達している凹部４１を設ける場合の凹部４１の断面形状の一例を示している。この例では、凹部４１のピストン半径方向の深さが、凹部４１の上端４１ａで最も深く、ある中間点４１ｂまで深さが徐々に減少し、この中間点４１ｂから最下端４１ｃ（換言すればスカート部２３下端）までは一定の深さとなっている。つまり、上端４１ａから中間点４１ｂまでは、楔状断面の凹部となり、中間点４１ｂから下部では、浅い凹部となっている。なお、仮想線４２は、スカート部２３の基準の外表面位置を示している。
【００２８】
このような構成では、凹部４１の上端４１ａ寄りの大きな容積の部分に潤滑油が溜まり、ピストン１が下死点で反転して矢印のように上昇する際に、凹部４１内を下方へ進もうとする。このとき、凹部４１の深さが徐々に減少するので、圧力が上昇する。従って、潤滑油の荷重支持作用が増大し、シリンダボア６とスカート部２３表面との接触が回避されて確実な潤滑が行われる。また、中間点４１ｂから最下端４１ｃまでの下部は、その深さが浅く、シリンダボア６壁面に相対に近接しているとともに、上端４１ａ側から十分な潤滑油が供給されるので、ピストンスラップの際にスクイズ効果が大きく得られ、スカート部２３に加わる衝撃荷重を低減できる。
【００２９】
また、図７は、異なる断面形状の凹部４３の例を示している。この例では、上部４３ａが深く、下部４３ｂが浅い階段状の凹部となっているが、凹部４３の上端における段差部４３ｃは、凹部４３（上部４３ａ）の深さを曲率半径とし、かつ基準の外表面を示す仮想線４２の上に半径の中心を有するＲ面をなしている。また、上部４３ａの下端つまり該上部４３ａと下部４３ｂとの境界となる段差部４３ｄは、下部４３ｂに対する上部４３ａの相対的な深さ（つまり上部４３ａと下部４３ｂとの深さの差）を曲率半径とし、かつ上部４３ａの底面に沿った位置に半径の中心を有するＲ面をなしている。つまり、上方の段差部４３ｃと下方の段差部４３ｄとでは、Ｒ面の凹凸の向きが逆となっている。この構成においても、図６の実施例と同様の作用効果が得られる。また、この構成では、所定の径の切削工具を用いて容易に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明のピストンが用いられる複リンク式ピストンクランク機構を示す構成説明図。
【図２】第１実施例を示すピストンの側面図。
【図３】第２実施例を示すピストンの側面図。
【図４】第３実施例を示すピストンの側面図。
【図５】第４実施例を示すピストンの側面図。
【図６】凹部の断面形状の一例を示す断面図。
【図７】凹部の断面形状の異なる例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１…ピストン
２３…スカート部
３１、３２、３４、３５、４１、４３…凹部  
【図１】
0004508136.tif 000002
【図２】
0004508136.tif 000003
【図３】
0004508136.tif 000004
【図４】
0004508136.tif 000005
【図５】
0004508136.tif 000006
【図６】
0004508136.tif 000007
【図７】
0004508136.tif 000008