(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウン部と、該クラウン部とは別体として形成されたスカート部とから構成され、
上記クラウン部に上記スカート部の内側へ延伸された延伸部が形成されるとともに該延伸部にピストンピンが嵌入するピン孔が形成され、
上記延伸部の上記ピン孔上方に空洞が形成されるとともに上記ピン孔下方に上記延伸部を下方に延長させてウエイト部が形成され、
上記ピストンの重心が、膨張行程において上記ピストンがシリンダ内壁に接触する側であるスラスト方向に位置するように、上記ウエイト部を上記ピストンピン中心軸を含むピストン上下方向面に対して左右非対称に形成された
ことを特徴とする、内燃機関の２分割ピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に使用される２分割ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に大型の高出力ディーゼルエンジンにおいては、熱負荷に対する耐久性を向上させるために、燃焼熱を受けて高温となるクラウン部を鋳鋼により形成し、スカート部をアルミ合金によりクラウン部とは別体に形成し、クラウン部とスカート部とに形成されたピストンピン孔にピストンピンを嵌入することでたれらを一体とした、２分割ピストンが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、往復型内燃機関においては、シリンダ中をピストンが往復するに際し、上下死点位置近傍でピストンピン位置を中心にピストンの揺動運動が生じ、ピストンがシリンダ壁面に衝突してスラップ音が発生するという課題がある。特に、上述のようなクラウン部が鋳鋼により形成された２分割ピストンではピストンの重心位置がピストンピン中心から上方に大きく離間していることから、ピストンのピストンピンまわりの慣性モーメントが大きく、クラウン部のシリンダ内壁とが衝突する際の衝撃が大きくなり、スラップ音が顕著になる。
【０００４】
このため、特開平６−１９３５０３号公報に記載のように、２分割ピストンにおいて、スカート部をピストンピンまわりに回動支持する一方、クラウン部をピストンピンの中心よりもクラウン部の重心位置に近い位置に設けた仮想軸まわりに回動させることによって、クラウン部の慣性モーメントを減少させるものが提案されている。
【０００５】
しかし、ピストンの挙動と衝撃力はピストンの重心位置とピストンピン中心位置の関係で決まるもので、ピストンにおけるクラウン部の運動系のみを考慮しただけではピストンスラップ音を低減することは出来ない。また、ピストンピンが取付けられる軸受けをアルミ合金製のスカート部に設けているので、軸受け部の剛性が不足して高出力エンジンに適用する場合には耐久性に課題が生じる。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、重量を増加させることなくピストンの重心位置をピストンピン位置に近づけ、ピストンスラップ音を低減することができるようにした、内燃機関の２分割ピストンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明では、クラウン部と、該クラウン部とは別体として形成されたスカート部とから構成され、上記クラウン部に上記スカート部の内側へ延伸された延伸部が形成されるとともに該延伸部にピストンピンが嵌入するピン孔が形成され、上記延伸部の上記ピン孔上方に空洞が形成されるとともに上記ピン孔下方に上記延伸部を下方に延長させてウエイト部を形成している。これにより、ピストンの重量を増加させることなくピストンの重心位置を下方に移動してピストンピン中心に近づけることが可能となる。
【０００８】
さらに、請求項１記載の本発明では、上記ピストンの重心が、膨張行程において上記ピストンがシリンダ内壁に接触する側であるスラスト方向に位置するように、上記ウエイト部を上記ピストンピン中心軸を含むピストン上下方向面に対して左右非対称に形成している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すると、図１は本実施形態にかかるピストンのピストンピン軸方向の断面図、図２はピストンピン軸に直角方向の断面を示した図、図３はアイドル状態でのピストン重心位置と衝撃力を示した図、図４は高回転・高負荷状態でのピストン重心位置と衝撃力を示した図である。
【００１０】
図１，図２に示すように、ピストン１はディーゼル内燃機関に使用されるものであり、別体に構成されたクラウン部２とスカート部３とを図示しないピストンピンにより連結して一体化されたものである。
そして、燃焼室からの燃焼熱や衝撃にさらされるクラウン部２は、耐久性の高い鋳鋼で製造される。このクラウン部２の頂面（図１，図２中の上方に位置する）には、燃焼室の一部を形成する燃焼室凹み２ａが形成され、クラウン部２の外周には図示しないピストンリングが嵌入されるピストンリング溝２ｂが複数形成されている。
【００１１】
また、クラウン部２の下方にはスカート部３の内部に二股になって延伸する延伸部としてのピンボス部２ｃが形成され、ピンボス部２ｃにはピン孔２ｄが形成される。ピン孔２ｄの内部にはブッシュ２ｅが嵌入され、図示しないピストンピンが挿通される。そして、各ピンボス部２ｃはピン孔２ｄの下方に延長されてウエイト部２ｆが形成され、各ピンボス部２ｃのピン孔２ｄの上方には空洞部２ｇが形成されている。
【００１２】
また、スカート部３は、アルミ合金の鋳造により製造されている。このスカート部３の外形はクラウン部２の外形よりも小さい径で円筒形状に形成され、内部にはピストン１の組み付け状態でクラウン部２のボス部２ｃが挿入される。そして、スカート部３にも、クラウン部２に形成されたピン孔２ｄに整合するようにピン孔３ａが形成されている。
【００１３】
クラウン部２に形成された空洞部２ｇは、図２に示すように、ピストンピン軸中心Ａを通りピストン上下方向に伸びる軸Ｂを中心にピストンピンと直角方向に拡がり、空洞部２ｇの端部には燃焼室での爆発の衝撃に耐えられる十分な肉厚部２ｈが残るように形成されている。また、ウエイト部２ｆは、空洞部２ｇにより軽減された重量と同程度の重さとなるように形成されている。なお、空洞部２ｇ及びウエイト部２ｆはクラウン部２を鋳造する際に形成される。
【００１４】
また、ウエイト部２ｆの一部を穿設し、ピストンピン中心軸Ａを含みピストン中心軸Ｂに平行な平面（ピストン上下方向面）に対して非対称となるように、図２中に符号Ｄで示すように、ドリルでの穴開け等の加工が施されている。
本発明の一実施形態としてのサスペンションアームの補強構造は、上述のように構成されており、空洞部２ｇの形成で軽減された重量と同等の重量のウエイト部２ｆを形成しているので、クラウン部２の重量を増やすことなく、空洞部２ｇ，ウエイト部２ｆが設けられる前のピストンの重心位置Ｇ１から下方のピストンピン軸に近づく位置Ｇ２に移動させることが可能となり、ピストン１のピストンピン中心に対する慣性モーメントが減少してシリンダ内壁との衝突時の衝撃を低減することが可能となりピストンスラップ音を低減することができる。
【００１５】
また、空洞部２ｇ及びウエイト部２ｆは鋳造時に形成されるため、ピストン１の製造を容易に行なうことが可能である。
さらに、ウエイト部２ｆの一部を穿設し、ピストンピン中心軸Ａを含みピストン中心軸Ｂに平行な平面（ピストン上下方向面）に対して非対称にするよう図２中に符号Ｄで示すようなドリルでの穴開け等の加工を施すことにより、加工前のピストン重心位置Ｇ２を図２中で左上方の位置Ｇ３に移動させることが可能となり、ピストン１の重心を膨張行程にピストン１がシリンダ内壁に接触する側であるスラスト方向のＧ３の位置に移動するよう微調整することにより、ピストン１がシリンダ内壁に衝突する直前のピストン速度が遅くなり、衝撃が緩和されて衝突力が低減されるので、スラップ音を低減することが可能となる。
【００１６】
次に、ピストン１の重心の上下方向とスラスト−反スラスト方向の移動量について説明する。エンジン運転状態がアイドル状態（低回転）である場合とエンジン運転状態が高回転・高負荷状態である場合とにおいて、ピストン重心位置と膨張行程時におけるピストン１がシリンダ内壁に衝突した時の衝突力の関係を解析したものを図３，図４に示す。
【００１７】
これらの図３，図４においては、Ｘ軸にピストンの上下方向における重心移動量を、Ｙ軸にピストンのスラスト−反スラスト方向における重心移動量を、Ｚ軸にピストンがシリンダ内壁に衝突した時の衝撃力をそれぞれ示す。また、Ｘ軸，Ｙ軸において、空洞部２ｇとウエイト部２ｆとが設けられる前のピストンの重心位置をＧ１でそれぞれ示す。
【００１８】
図３，図４から明らかなように、アイドル状態と高回転・高負荷状態とにおけるスラップ音を低減するには、ピストン１の重心位置をピストンピン中心に近づけさらに、スラスト側へ移動することが有効である。
よって、ウエイト部２ｆへは、始めにピストン組み付け状態での重心位置を測定し、上記解析結果により得られる所望の重心位置との差に応じた位置及び深さのドリル加工Ｄを行なう。このように加工を行なうことで、鋳造時の製造誤差による重心のばらつきを容易に調整することができ、アイドリング状態及び高回転・高負荷におけるスラップ音を低減したピストンを製造することができる。
【００１９】
なお、上述のドリル加工に代えて、予めウエイト部をスラスト−反スラスト方向に関して非対称に形成することにより重心位置をスラスト方向に移動させるようにしても、上述と同様の効果を得ることができる。さらに、ウエイト部をスラスト−反スラスト方向に関して非対称に形成するとともにドリル加工を用いるようにしても、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の内燃機関の２分割ピストンによれば、クラウン部にスカート部の内側へ延伸された延伸部が形成されるとともに該延伸部にピストンピンが嵌入するピン孔が形成され、上記延伸部の上記ピン孔上方に空洞が形成されるとともに上記ピン孔下方に上記延伸部を下方に延長させてウエイト部を形成している。これにより、ピストンの重量を増加させることなくピストンの重心位置をピストンピン中心に近づけることが可能となり、ピストンのピストンピン中心に関する慣性モーメントが減少してシリンダ内壁との衝突時の衝撃を低減することが可能となりピストンスラップ音を低減することが可能となる。
【００２１】
さらに、請求項１記載の本発明の内燃機関の２分割ピストンによれば、上記ピストンの重心が膨張行程においてピストンがシリンダ内壁に接触する側であるスラスト方向に位置するように、上記ウエイト部を上記ピストンピン中心軸を含みピストン上下方向面に対して左右非対称に形成しているので、ピストン重心位置がピストンピン中心に近づくとともにスラスト側に移動して、高回転・高負荷時でもピストンスラップ音を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるピストンのピストンピン軸方向の断面を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるピストンのピストンピン軸に直角方向の断面を示す図である。
【図３】アイドル状態でのピストン重心位置と衝撃力を示す図である。
【図４】高回転・高負荷状態でのピストン重心位置と衝撃力を示す図である。
【符号の説明】
１  ピストン
２  クラウン部
２ｃ  ピンボス部
２ｄ  ピン孔
２ｆ  ウエイト部
２ｇ  空洞
２ｈ  肉厚部
３  スカート部
３ａ  ピン孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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