(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円盤状のピストンヘッドと、該ピストンヘッドの底壁面から下方へ延びるピンボス部とを具備する内燃機関のピストンであって、前記ピンボス部の側壁面から当該ピストンの径方向外方へ突出するピストンヘッドの突出周辺部の底壁面に凹部を備え、当該ピストンが内燃機関のシリンダ内に配置されたときに前記突出周辺部の根元部を支点として該突出周辺部を撓ませる力が前記シリンダ内での燃焼によって該突出周辺部の上面に作用する内燃機関のピストンにおいて、ピストンヘッドの上面に対して垂直な方向に計った前記凹部の深さを前記根元部中央側から該根元部外端側に向かうに従って深くし、或いは、前記根元部の延在方向に対して略垂直な方向であってピストンヘッドの上面に対して略平行な方向に計った前記凹部の幅を前記根元部中央側から該根元部外端側に向かうに従って大きくしたことを特徴とする内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
略円盤状のピストンヘッドと、該ピストンヘッドの底壁面から下方へ延びるピンボス部とを具備し、前記ピストンヘッドが、該ピンボス部の側壁面から内燃機関のシリンダの半径方向へ、即ち左右へ突出したピストンヘッドの突出周辺部を有する内燃機関のピストンが公知である。ピンボス部にはコンロッドにピストンを連結するためのピストンピンを挿入するピストンピン孔が設けられており、コンロッドを介して内燃機関の出力がクランク軸へ伝達される。また、特開昭６２−８５１５４公報には、機関出力効率向上のためにピストンを軽量化する目的で、上記突出周辺部の底壁面に凹部又は空洞を設けた内燃機関のピストンが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ピストンヘッド上面には機関運転中のシリンダ内における燃焼又は爆発の影響で下方への力が及ぶ。上記ピストンヘッドの突出周辺部にはこの下方への力によりピンボス部の側壁面と突出周辺部との連結部に沿って延在する根元部を支点とする曲げ作用が生じ、突出周辺部、特にその外周縁が下方へと撓む。
しかしながら、根元部に対して垂直方向にある突出周辺部の外周縁部分の撓み量は、根元部の外端部付近の根元部に対して垂直方向にある突出周辺部の外周縁部分（以下、根元部の外端部に対応した外周縁部分）よりも根元部の中央部に対して垂直方向にある突出周辺部の外周縁部分（以下、根元部の中央部に対応した外周縁部分）のほうが大きい。これは、突出周辺部の外周縁にはどの場所においても等しい下方への力が加わるのに対し、根元部の中央部と該根元部の中央部に対応した外周縁部分との間の距離が、根元部の外端部付近の根元部と該根元部の外端部に対応した外周縁部分との間の距離よりも大きいためである。
更に、軽量化のために突出周辺部の底壁面に空洞を設けた特開昭６２−８５１５４公報に開示された内燃機関のピストンでは、空洞の面積が根元部の外端部付近の突出周辺部においてよりも根元部の中央部付近の突出周辺部においてのほうが大きいため、根元部の中央部付近の突出周辺部の剛性の低下が根元部の外端部付近の突出周辺部の剛性の低下よりも大きくなる。このため根元部の中央部に対応した外周縁部分の下方への撓み量は更に大きくなってしまう。
周辺突出部の外周縁が下方への撓むとピストンヘッド外周面がシリンダ内周面から離れ、シリンダ内周面に対するピストンヘッド外周面のシール性が低下する。特に根元部の中央部に対応した外周縁部分においては、撓み量が他の部分に比べて大きいため、シール性の低下が著しい。
本発明の目的は軽量化に伴うピストンヘッド外周面とシリンダ内周面との間のシール性の低下を防止する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、略円盤状のピストンヘッドと、該ピストンヘッドの底壁面から下方へ延びるピンボス部とを具備する内燃機関のピストンであって、前記ピンボス部の側壁面から当該ピストンの径方向外方へ突出するピストンヘッドの突出周辺部の底壁面に凹部を備え、当該ピストンが内燃機関のシリンダ内に配置されたときに前記突出周辺部の根元部を支点として該突出周辺部を撓ませる力が前記シリンダ内での燃焼によって該突出周辺部の上面に作用する内燃機関のピストンにおいて、ピストンヘッドの上面に対して垂直な方向に計った前記凹部の深さを前記根元部中央側から該根元部外端側に向かうに従って深くし、或いは、前記根元部の延在方向に対して略垂直な方向であってピストンヘッドの上面に対して略平行な方向に計った前記凹部の幅を前記根元部中央側から該根元部外端側に向かうに従って大きくした。これにより機関燃焼により突出周辺部の外周縁に及ぼされる下方への力による根元部における曲げモーメントが大きいほど突出周辺部の剛性が高く、力が小さいほど剛性が低くなるため、突出周辺部の外周縁における下方への最大撓み量が突出周辺部の剛性の低減により増大されることが抑制される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明のピストンを有する内燃機関を示している。図１において、１０は本発明のピストン、１６はピストン１０に連結されるコンロッド、１８は機関本体、２０は機関本体１８に形成され且つピストン１０およびコンロッド１６を収容するシリンダ、２２は吸気ポート、２４は吸気ポート２２に配置された吸気弁、２６は排気ポート、２８は排気ポート２６に配置された排気弁である。本発明のピストン１０はピストンピン３０によりコンロッド１６に連結されており、機関出力はピストン１０、ピストンピン３０及びコンロッド１６を介してクランク軸３２へ伝達される。
【０００６】
図２は本発明の第一実施形態のピストン１１の底面図であり、図３は図２の線Ａ−Ａに沿った断面図である。第一実施形態のピストン１１は略円盤状又は略円柱状のピストンヘッド３４と、該ピストンヘッド３４の底壁面３６から下方へ延びるピンボス部３８とを有する。ピストンヘッド３４の外周面には周方向へ延びる環状のリング溝４０が設けられており、このリング溝４０にはシリンダ２０とオイル室４２（図１参照）との間のシール性を高めるためのリング（図示せず）が取り付けられ、これらピストンヘッド３４の外周面とリングとが協動してピストンヘッドシール面として機能する。
ピンボス部３８は、ピストンヘッド外周面と面一にピストンヘッド底壁面３６から下方へ延びる一対の円筒壁部分４４と、ピストンヘッド外周面から離れて略平坦にピストンヘッド底壁面３６から下方へ延びる一対の側壁４６とを有し、従って、ピストンヘッド３４の周辺部の一部はピンボス部３８の側壁面４６′からシリンダ半径方向外方へ突出した突出周辺部４８となっている。これら円筒壁部分４４と側壁４６とによりコンロッド先端を収容するためのコンロッド用空洞部５０が形成されている。ピンボス部３８の側壁４６の中央部にはコンロッド先端をピストン１１へ連結するためのピストンピン３０を受容するピストンピン孔５２が形成されている。また、ピストンピン孔５２の両側におけるピンボス部３８の側壁４６はピストン軽量化のために略円形にくり抜かれている。尚、図２において、５５はピンボス部３８に潤滑油を導入するための複数のオイル孔である。
【０００７】
本実施形態では、ピストンヘッド３４の突出周辺部４８とピンボス部３８の側壁４６との連結部に沿って延在する突出周辺部４８の根元部５４に沿ってピストンヘッド３４の突出周辺部４８の底壁面３６′に空洞又は凹部５６が設けられている。空洞５６は、特に図３を参照すると判るように、根元部５４の中央部付近の側から根元部５４の外端部付近の側へと外方へ向かうに従ってその深さが徐々に深くなっている。即ち、根元部５４の中央部付近の側から根元部５４の外端部付近の側へと外方へ向かうに従って突出周辺部４８の厚さが徐々に薄くなっている。これにより突出周辺部の根元部と突出周辺部の外周縁との中間の突出周辺部の剛性を根元部の中央部から根元部の外端部へ向かうに従って弱くしている。従って、本実施形態の空洞の容積を従来（例えば、特開昭６２−８５１５４公報参照）の空洞の容積と等しくとった場合、根元部の外端部付近に対応した外周縁部分の撓み量は従来に比べて増大するが、根元部の中央部付近に対応した外周縁部分の撓み量が低減されるため、全体としては突出周辺部の外周縁の最大撓み量は低減される。このためピストンヘッド外周面とシリンダ内周面との間の高いシール性が確保され、当然のことながら、従来と同様にピストンの軽量化も達成される。尚、本願において『深さ』及び『厚さ』とはピストンヘッド上面に対して略垂直な方向の寸法を示す。
【０００８】
図４は本発明の第二実施形態のピストン１２の底面図であり、図５は図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。本実施形態の構造は空洞の形状を除いて第一実施形態と同様である。本実施形態のピストン１２では突出周辺部４８の根元部５４に対して垂直な方向における空洞５６′の幅を根元部５４に沿った方向に根元部５４の中央部側から根元部５４の外端部側へと外方へ向かうに従って大きくしている。また、これは根元部５４の中央部側から根元部５４の外端部側へと外方へ向かうに従って空洞面積を徐々に広くしているとも定義できる。本実施形態の場合では空洞５６′の深さは略一定である。これにより突出周辺部の根元部と突出周辺部の外周縁との中間の突出周辺部の剛性を根元部の中央部から根元部の外端部へ向かうに従って弱くしている。従って本実施形態においても第一実施形態と同様の効果がある。また、本実施形態では、第一実施形態のように突出周辺部の厚さが極端に小さくなる部分が存在しないため、突出周辺部のより高い強度が確保される。尚、本願において『幅』とは突出周辺部の根元部に対して略垂直な方向であってピストンヘッド上面と略平行な方向における寸法を示す。
【０００９】
図６は本実施形態の第三実施形態のピストン１３の断面図である。本実施形態の構造は空洞の形状及びピストンヘッド上面の形状を除いて第一実施形態と同様である。本実施形態のピストンヘッド上面にはシリンダ内の燃焼効率を向上させるための凹部５８が設けられている。本実施形態では、第一実施形態とは異なり、空洞５６″の深さをピストンヘッド上面の凹部５８を考慮して設定し、結果として、突出周辺部の厚さが根元部５４の中央部から根元部５４の端部へと外方へ向かうに従って小さくなるようにしている。これにより突出周辺部の根元部と突出周辺部の外周縁との中間の突出周辺部の剛性を根元部の中央部から根元部の外端部へ向かうに従って弱くすることができる。また、シリンダ内の燃焼又は爆発に耐えられるだけのピストンヘッド厚さを確保するためにも、本実施形態のようにピストンヘッド上面の凹部の形状を考慮して空洞の深さを変えることには利点がある。
【００１０】
図７は本実施形態の第四実施形態のピストン１４の断面図である。本実施形態の構造は空洞の形状及びピストンヘッド上面の形状を除いて第一実施形態と同様である。本実施形態のピストンヘッド上面には第三実施形態と同様に凹部５８が設けられている。ピストンにおいては、特にピストンヘッド上面の凹部５８からリング溝４０へ熱が伝達される。この伝達熱が大きいとリング溝４０内のリングが熱変形を起こし、シリンダ２０とオイル室４２との間のシール性が低下する可能性がある。従って、本実施形態では、突出周辺部４８の根元部５４の中央部側からピストンヘッド上面に設けられた凹部５８と最も近接する部位までは空洞５６''' の深さを徐々に深くし、凹部５８と最も近接する部位においては空洞５６''' の深さをシリンダ内の燃焼又は爆発に耐えられるだけのピストンヘッド厚さを確保できる深さとし、凹部５８と最も隣接する部位から根元部５４の外端部側までは空洞５６''' の深さを徐々に浅くしている。これにより、突出周辺部の根元部と突出周辺部の外周縁との中間の突出周辺部の剛性を根元部の中央部から根元部の外端部へ向かうに従って弱くして突出周辺部の外周縁の撓み量を略均一にするという効果を最大限に維持しつつ、リングの変形を引き起こす熱伝達量以下にピストンヘッド上面の凹部からの熱伝達を抑制するようにピストンヘッド上面の凹部と各リング溝との間の距離を確保し、シリンダとオイル室との間のシール性を維持している。
【００１１】
本願では、突出周辺部の根元部と突出周辺部の外周縁との中間の突出周辺部の剛性を根元部の中央部から根元部の外端部へ向かうに従って弱くし、突出周辺部の外周縁の撓み量を平均化して該外周縁の最大撓み量を低減するために、空洞の深さ、即ち突出周辺部の厚さ、又は空洞の幅を変えた実施形態を示したが、これは本発明を制限するものではなく、これらを組み合わせてもよい。また、空洞が突出周辺部の根元部の中央部の両側に設けられている実施形態を示したが、空洞を突出周辺部の略全体に渡って設ける場合にも本発明の技術思想を適用することが可能である。
更に、機関の燃焼又は爆発行程においてコンロッドがシリンダ軸線に対して傾斜した状態でピストンが下方へ押し下げられるために、ピストンの一方の部分円筒壁には該部分円筒壁をシリンダ内壁面に押しつけようとするスラスト力が作用することが知られている。従って、上記スラスト力に対する突出周辺部の剛性を確保するために、突出周辺部の底壁面に設ける空洞の深さ又は幅を該突出周辺部に作用する上記スラスト力の大きさに応じて小さくすることも可能である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量化のためにピンボス部の側壁面からシリンダ半径方向へ突出するシリンダヘッドの突出周辺部の剛性を低減しても、最も下方へ撓む根元部の中央部に対応する突出周辺部の外周縁の撓みの増大が抑制されるため、ピストンヘッド外周面とシリンダ内周面との間の高いシール性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態のピストンを含む機関の全体断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態のピストンの底面図である。
【図３】図２の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態のピストンの底面図である。
【図５】図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態のピストンの図２と同様の断面図である。
【図７】本発明の第四実施形態のピストンの図２と同様の断面図である。
【符号の説明】
３４…ピストンヘッド
３６…底壁面
３８…ピンボス部
４６′…側壁面
４８…突出周辺部
５４…根元部
５６…空洞
【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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