(57)【要約】      （修正有）【課題】運転領域に応じた剛性を有することでメカロスを有効に低減させた内燃機関用ピストンを提供する。【解決手段】本発明に係るピストン１は、ピストンスカート７の少なくともスラスト側に、ピストン１の温度が高くなるほど剛性が低くなる可変剛性手段３を設けることにより、ピストン１の温度が高くなるほど中心部７ａの剛性が低くなるようにした。これにより、ピストン１の温度が低い低温時（Ｌ）ではピストンスカート７の剛性並びに面圧は高温時（Ｈ）よりも高くなり、シリンダボアとの接触面積が小さくなる。その結果、ピストン１フリクションすなわちメカロスを有効に低減させ、メカロスの低減による燃費の向上を有効に達成している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンピンを支持するピストンピンボスと、ピストンスカートとを備えた内燃機関用ピストンであって、
ピストンスカートの少なくともスラスト側に、ピストンの温度が高くなるほど剛性が低くなる可変剛性手段を設けることにより、ピストンの温度が高くなるほど前記可変剛性手段を設けたピストンスカートの部位の剛性が低くなるようにし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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンスカート部における摩擦を低減させ得る内燃機関用ピストンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のピストンでは、ピストンフリクションすなわちピストンとシリンダボアとの間のメカロスが少ない方が、燃費の面において有利であることは勿論である。このピストンフリクションの影響要因の一つとして大きく関与しているものの一つとして、ピストンスカートの剛性が挙げられる。解析技術が発展している現在では、運転後のスカート表面の摩耗状態を詳細に解析することができる。その結果、ピストンフリクションすなわちメカロスを低減させるには、ピストンスカートのシリンダボアに対する接触面積は小さいほど有利であることが判明している。そして斯かる接触面積はピストンスカートの剛性を上げることにより、小さくすることができる。
【０００３】
一方、ピストンスカートに掛かる面圧は接触面積が小さい程大きくなる。そのため現在では、最大筒内圧が発生する高負荷領域時に前記面圧が大きくなりすぎないような剛性に設定し、ピストンが破損に至らないようにしている。換言すれば、ピストンスカートの剛性を上げすぎると高負荷領域時の面圧が大きくなり過ぎることにより、ピストンが破損する可能性を招来してしまうのである。また、ピストンスカートの剛性を適宜なものとする技術としては、ピストンスカートに補強用のリブを設けたもの等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、上述のような最大筒内圧発生時を基に設定されたピストンの剛性であると、燃費に有利とされる高負荷領域以外の、例えばモード運転域に限ってみれば不必要にスカートの剛性が下げられたということであり、この運転域にとっては最適な接触面積よりも過度に接触面積が大きくなっているということができる。つまり、現在のピストンスカートにおいては、高負荷領域以外の運転領域において潜在的なメカロスが発生しているということができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平２−１４９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、運転領域に応じた剛性を有することでメカロスを有効に低減させた内燃機関用ピストンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち本発明に係る内燃機関用ピストンは、ピストンピンを支持するピストンピンボスと、ピストンスカートとを備えた内燃機関用ピストンであって、ピストンスカートの少なくともスラスト側に、ピストンの温度が高くなるほど剛性が低くなる可変剛性手段を設けることにより、ピストンの温度が高くなるほど前記可変剛性手段を設けたピストンスカートの部位の剛性が低くなるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、ピストンの温度が高くなる高負荷領域では、ピストンスカートの剛性は低くなり、シリンダボアとの接触面積が大きくなる結果、面圧を低く設定することができ、ピストンが破損してしまう可能性を排除することができる。そして、ピストンの温度が低い、モード運転領域とされる低負荷領域ではピストンスカートの剛性が高くなり、シリンダボアとの接触面積が小さくなる結果、ピストンフリクションすなわちメカロスを有効に低減させることができる。これにより、メカロスの低減による内燃機関の燃費の向上に寄与することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、運転領域に応じた剛性を有することでメカロスを有効に低減させた内燃機関用ピストンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る右側面図。
【図２】同実施形態に係る正面図。
【図３】図２に係るｘ−ｘ線断面図。
【図４】図３に係る作用説明図。
【図５】同実施形態の変形例を図３に対応させて示す図。
【図６】同変形例に係る作用説明図。
【図７】同実施形態の他の変形例を図３に対応させて示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
本実施形態に係る内燃機関用ピストン（以下、ピストンと称する）１は、例えば自動車のエンジンに好適に適用されているものである。また本実施形態に係るピストン１は、図示のピストン本体１ａの他、一例として２つのコンプレッションリングと、オイルリング等とを併せて有しているものであるが、説明の便宜上、これらの図示並びに詳細な説明を省略するものとする。また図１においては、図示右側とスラスト側、左側を反スラスト側とするとともに、図３及び図４においては図示上側をスラスト側、下側を反スラスト側とする。
【００１４】
当該ピストン１の主体を成すピストン本体１ａは、図１乃至図３に示すように、ピストン１頂面側から順に２つのコンプレッションリング溝２ａ、２ｂとオイルリング溝２ｃとが形成されるとともに、内部空間５においてピストンピンを支持するためのピストンピンボス１０と、ピストン１の上下方向中央から下部に亘って図示しないシリンダボアに接し得るピストンスカート７とを有している。また本実施形態ではこのピストンスカート７自体の剛性は、高負荷領域においてピストン１が破損しないよう、運転時には一定以上の面積で図示しないシリンダボアに接し得るように設定されている。
【００１５】
しかして本実施形態に係るピストン１は、ピストンスカート７の少なくともスラスト側に、ピストン１の温度が高くなるほど剛性が低くなる可変剛性手段３を設けることにより、ピストン１の温度が高くなるほど、可変剛性手段３を設けたピストンスカート７の部位である中心部７ａの剛性が低くなるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
以下、本実施形態に係る可変剛性手段３の構成について説明する。
【００１７】
可変剛性手段３は、温度により変化する形状記憶合金からなるものであり、ピストン１の内部空間５から取り付けられたものである。この可変剛性手段３は、ピストンスカート７におけるピストンスカート７のスラスト側の中心部７ａと、この中心部７ａから上下両側にそれぞれ離間した縁部７ｂとを内部空間５側から梁状に連結することにより、正面視概略Ｘ字状をなすものである。斯かる形状により、ピストンスカート７は中心部７ａの剛性が主に補強され、この補強された中心部７ａが主にシリンダボアに当接し得るものとなっている。
【００１８】
そしてこの可変剛性手段３を構成する形状記憶合金は、ピストン１の温度が低温である低温時（Ｌ）には所要の剛性を有するとともに、高温である高温時（Ｈ）には剛性が低下するようにしている。それに併せて、可変剛性手段３を設けたスラスト側のピストンスカート７の剛性もピストン１の温度が低温である時には所要の剛性を有するとともに、ピストン１の温度が低温であるときには同様に剛性が低下するようになっている。
【００１９】
しかして本実施形態に係るピストン１は、上記のようにピストン１の温度によってピストンスカート７の剛性を異ならせることにより、以下の作用をそうする物となっている。
【００２０】
図３は低温時（Ｌ）、すなわちモード運転領域といった低負荷領域でのピストンスカート７及び可変剛性手段３を示している。このように低温時（Ｌ）では可変剛性手段３を構成する形状記憶合金の剛性が高い、詳細にはピストンスカート７の剛性よりも高い為にピストンスカート７の剛性、特に中心部７ａの剛性が当該形状記憶合金によって内部空間５側から補強されている。これにより、ピストンスカート７におけるシリンダボアとの接触部位は、中心部７ａ近傍のみとなっている。
【００２１】
他方図４は高温時（Ｈ）、すなわち高負荷領域でのピストンスカート７及び可変剛性手段３を示している。このように高温時（Ｈ）では形状記憶合金の剛性が低下、詳細にはピストンスカート７を補強する度合いが弱まる程度にまで低下するか、ピストンスカート７の剛性よりも低下し、ピストンスカート７自体の剛性となる。これによりピストンスカート７におけるシリンダボアとの接触部位は、中心部７ａから縁部７ｂに向けて大きい面積を有し、ピストンスカート７の面圧は低温時（Ｌ）に比べて低下させてピストンスカート７の損傷を有効に回避せしめている。
【００２２】
以上のような構成とすることにより、本実施形態に係るピストン１は可変剛性手段３を設けることにより、ピストン１の温度が高くなる高温時（Ｈ）である高負荷領域ではピストンスカート７の剛性は低くなり、シリンダボアとの接触面積が大きく面圧は低くなる。その結果、面圧を低く設定することができ、ピストン１が破損してしまう可能性を排除することができる。そして、ピストン１の温度が低い低温時（Ｌ）、モード運転領域とされる低負荷領域ではピストンスカート７の剛性並びに面圧が高くなり、シリンダボアとの接触面積が小さくなる。その結果、ピストンフリクションすなわちメカロスを有効に低減させることができる。これにより、メカロスの低減による燃費の向上を有効に達成し得たものとなっている。
【００２３】
＜変形例＞
以下、本実施形態の変形例について説明する。以下の変形例において、上記実施形態の構成要素に相当するものについては同じ符号を付すとともに、その詳細な説明を省略するものとする。
【００２４】
本変形例に係る可変剛性手段４は、上記実施形態に対して取り付けた位置、形状は略同じであるが、筒状に形成した上記実施形態同様の形状記憶合金からなる筒状部４ａの内部に、高温時（Ｈ）には体積を減縮させ得るサーモワックス４ｂを充填しているものである。
【００２５】
当該変形例でも図５に示すような低温時（Ｌ）では筒状部４ａが剛性を高く維持するとともにサーモワックス４ｂが密に充填されているため、図３同様にピストンスカート７の中心部７ａの剛性が補強され、シリンダボアとの接触面積を小さく抑え得るものとなっている。
【００２６】
そして図６に示す高温時（Ｈ）では、上記実施形態同様に形状記憶合金すなわち筒状部４ａの剛性が低下するとともにサーモワックス４ｂの体積が減縮する。そうなると、サーモワックス４ｂは筒状部４ａを補強し得なくなり、可変剛性手段４の剛性は低下する。
【００２７】
このようなものであっても、上記実施形態同様に、低温時（Ｌ）ではピストンスカート７の剛性を高く維持することでシリンダボアとの接触面積を小さく抑えることにより、低負荷領域での燃費を上記実施形態同様に有効にせしめたものとなっている。
【００２８】
続いて図７に示す可変剛性手段６は、ピストンスカート７におけるスラスト側の中心部７ａに設けられた空洞部６ａと、この空洞部６ａに充填された上記変形例同様のサーモワックス６ｂとを有するものである。
【００２９】
斯かる構成でも、低温時（Ｌ）にはサーモワックス６ｂが空洞部６ａ内に密に充填されることで、ピストンスカート７における中心部７ａの剛性が有効に高く保たれる。そして高温時（Ｈ）には上記変形例同様にサーモワックス６ｂの体積が減縮することによって中心部７ａの剛性が低下し、大きな面積でシリンダボアとピストンスカート７が接触し得るものとなる。
【００３０】
このようなものであっても、上記実施形態同様に、低温時（Ｌ）ではピストンスカート７の剛性を高く維持することでシリンダボアとの接触面積を小さく抑えることにより、低負荷領域での燃費を向上させ得たものとなっている。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態ではスラスト側にのみ可変剛性手段を設けた態様を開示したが、勿論反スラスト側にも、スラスト側同様の形状をなすか、若しくはピストンスカートの中心部のみに別の可変剛性手段を設けたものであってもよい。また上記実施形態ではピストンスカートの中心部と周縁とに亘って梁状に可変剛性手段を設けたが勿論中心部よりも上にある内部空間に面した下向面を足場として中心部を補強する形状としても良い。さらにピストンを構成するオイルリングやコンプレッションリング等の具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００３３】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明はピストンスカート部における摩擦を低減させ得る内燃機関用ピストンとして利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…ピストン
３…可変剛性手段
７…ピストンスカート
１０…ピストンピンボス
【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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