内燃機関のピストン
【課題】横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンにおいて、スカート部とシリンダボアとの間の摩擦を効果的に低減する。
【解決手段】横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部２０とスカート部３０とを有する内燃機関のピストン１０であって、スカート部３０の長径部側面に、ピストンピン直角方向の内方に後退させた後退面３５を形成した。
【解決手段】横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部２０とスカート部３０とを有する内燃機関のピストン１０であって、スカート部３０の長径部側面に、ピストンピン直角方向の内方に後退させた後退面３５を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関に用いられるピストンは、スカート部の横断面形状が楕円形に形成されている。このような、スカート部が楕円形状に形成されたピストンにおいては、短径部にピストンピンを挿通するボス部が設けられている。したがって、ピストンの摺動時には、この肉厚に形成された短径部の熱膨張が長径部の熱膨張よりも大きくなり、スカート部の横断面形状を真円に近づけることで、スカート部のシリンダボアとの接触面圧を均一にするように構成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、この種の内燃機関のピストンとして、スカート部の横断面形状が、ピストンピンの軸線方向を短径とする楕円形に形成された内燃機関のピストンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−８１５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような、スカート部の横断面形状が楕円形に形成された内燃機関のピストンにおいては、ピストンの摺動時にスカート部の長径部にスラスト方向および反スラスト方向の力が作用する。そのため、スカート部の長径部側面とシリンダボアとの間の接触圧力が高くなり、スカート部とシリンダボアとの間に生じるフリクション（摩擦）が増加されたり、スカート部やシリンダボアの摩耗が増加される場合がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンにおいて、スカート部とシリンダボアとの間に生じる摩擦を効果的に低減することができる内燃機関のピストン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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のピストンは、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンであって、前記スカート部の長径部側面に、ピストンピン直角方向の内方に後退させた後退面を形成することを特徴とする。
【０００８】
また、前記後退面は、前記スカート部の長径部側面に曲面部を介して形成されるようにしてもよい。
【０００９】
また、前記後退面は、ピストンピン軸線よりも下方の前記スカート部の長径部側面に形成されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関のピストンによれば、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンにおいて、スカート部とシリンダボアとの間に生じる摩擦を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンをピストンピン軸方向から視た模式的な側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンのスカート部とシリンダボアとの接触圧力を説明する模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１〜３に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
図１，２に示すように、ピストン１０は内燃機関であるディーゼルエンジン等に用いられる楕円状のピストンで、クラウン部２０とスカート部３０とを有する。
【００１４】
クラウン部２０は楕円状に形成されており、外周面２１には図示しないピストンリングが収装される複数のリング溝２２が形成されている。また、クラウン部２０の下部には、このクラウン部２０の下面から一体的に延びる楕円筒状のスカート部３０が形成されている。なお、図１〜３中の一点鎖線Ｘは、ピストンピン軸直交線を示している。
【００１５】
スカート部３０の短径部には、図１，２に示すように、ピストンピン（不図示）が挿通される一対のピン孔３１と、このピン孔３１が形成された一対のピンボス３２とが設けられている。すなわち、スカート部３０の短径部は、このピンボス３２が設けられることによって、スカート部３０の長径部よりも肉厚に形成されている。
【００１６】
また、スカート部３０の側面は、図２に示すように、ピストンピン軸直交線Ｘ方向に延びるピンボス外側面３３と、円弧状の楕円側面３４と、クラウン部２０の長径部よりも曲率半径が大きい円弧状の後退面３５と、曲面部３６とを一体的に連続して形成されている。
【００１７】
ピンボス外側面３３は、図２に示すように、ピストンピン軸直交線Ｘ方向に延びる平面状に形成されており、その両端を楕円側面３４の端部に連接されている。すなわち、ピンボス外側面３３は、クラウン部２０の外周面２１よりもピストン１０内側（ピストンピン軸方向の内方）に位置するように形成されている。
【００１８】
後退面３５は、図１に示すように、スカート部３０の長径部側面に、ピストンピン軸直交線Ｘよりも下方からスカート裾部３７に向かって、ピストンピン軸直交線Ｘ方向の内方に後退するように形成されている。すなわち、ピストン１０をピストンピン軸方向から側面視した場合、後退面３５はクラウン部２０の外周面２１よりもピストン１０内側に位置する。本実施形態において、図３に示すように、後退面３５のクラウン部２０の外周面２１からの後退量Ｂは５〜１００μｍの範囲に設定されている。また、後退面３５の端部とピストン１０中心部とを結ぶ線Ｌ1と、ピストンピン軸直交線Ｘとがなす角度θ1は１５．０〜２５．０度の範囲に設定されている。
【００１９】
曲面部３６は、図２に示すように、楕円側面３４と後退面３５との間に設けられている。すなわち、楕円側面３４と後退面３５とは、曲面部３６によって曲形状に連続して形成されている。
【００２０】
楕円側面３４は、図２に示すように、スカート３０を横断面視した場合に、クラウン部２０の外周面２１と略一致するように形成されている。すなわち、楕円側面３４は、ピストン１０の摺動時に、ピストン１０とシリンダボア（不図示）との間の接触面として機能する。本実施形態において、図３に示すように、楕円側面３４のピストンピン軸側の端部とピストン１０中心部とを結ぶ線Ｌ2と、線Ｌ1とがなす角度θ2は２０．０〜２２．５度の範囲に設定されている。
【００２１】
上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０によれば以下のような作用・効果を奏する。
【００２２】
図３中の右側をスラスト側、左側を反スラスト側とした場合、ピストン１０の摺動時には、スカート部３０の右側長径部にスラスト力Ｆ1が作用し、スカート部３０の左側長径部に反スラスト力Ｆ2が作用する。ここで、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０では、スカート部３０の長径部側面に後退面３５が形成されているので、ピストン１０の摺動時には、楕円側面３４がシリンダボアとの接触面として機能する。そして、この楕円側面３４に作用するスラスト側の圧力Ｐ1と反スラスト側の圧力Ｐ2とは、以下の（１式）および（２式）で求められる。
Ｐ1＝Ｆ1×ｃｏｓθ1…（１式）
Ｐ2＝Ｆ2×ｃｏｓθ1…（２式）
【００２３】
すなわち、楕円側面３４に作用するスラスト側の圧力Ｐ1と反スラスト側の圧力Ｐ2とは、スラスト力Ｆ1および反スラスト力Ｆ2よりも低減されることになる。
【００２４】
したがって、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０によれば、スカート部３０とシリンダボアとの間の接触圧力が低減されるので、当然ながら、このスカート部３０とシリンダボアとの間に発生するフリクションを効果的に低減することができる。また、スカート部３０やシリンダボアの摩耗も効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、ピストン１０のスカート部３０とシリンダボアとの間の接触圧力が低減されるので、ピストン１０のシリンダボアへの焼き付きを効果的に防止することができるとともに、ピストン１０とシリンダボアとの間で生じる騒音も効果的に低減することができる。
【００２６】
また、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０では、楕円側面３４と後退面３５との間に曲面部３６を設け、この楕円側面３４と後退面３５とを曲形状に連続して形成している。
【００２７】
したがって、スカート部３０とシリンダボアとの局所的な接触が抑制されるので、スカート部３０とシリンダボアとの間に発生するフリクションの発生や、スカート部３０やシリンダボアの摩耗、ピストン１０のシリンダボアへの焼き付きや、ピストン１０とシリンダボアとの間で生じる騒音を更に効果的に防止することができる。
【００２８】
また、後退面３５はピストンピン軸直交線Ｘよりも下方からスカート裾部３７に向かって形成されているので、ピストン１０の摺動時には、ピストンピン軸直交線Ｘよりも上方に位置するスカート部３０の長径部側面が、シリンダボアとの間の接触面として機能する。
【００２９】
したがって、ピストン１０の摺動時に、ピストン１０がシリンダボア内に安定して保持され、スラスト力や反スラスト力によってピストン１０の摺動動作がスラスト方向や反スラスト方向に傾いて不安定となることを効果的に抑制することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上述の実施形態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、適宜変形して実施することが可能である。
【００３１】
例えば、上述の実施形態において、後退面３５はクラウン部２０の長径部よりも曲率半径が大きい円弧状に形成されるものとして説明したが、この後退面３５をピストンピン軸直交線Ｘ方向の内方に凹ませた凹形状としてもよい。また、後退面３５をスカート部３０の長径部に複数設けるようにしてもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０ ピストン
２０ クラウン部
３０ スカート部
３５ 後退面
３６ 曲面部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関に用いられるピストンは、スカート部の横断面形状が楕円形に形成されている。このような、スカート部が楕円形状に形成されたピストンにおいては、短径部にピストンピンを挿通するボス部が設けられている。したがって、ピストンの摺動時には、この肉厚に形成された短径部の熱膨張が長径部の熱膨張よりも大きくなり、スカート部の横断面形状を真円に近づけることで、スカート部のシリンダボアとの接触面圧を均一にするように構成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、この種の内燃機関のピストンとして、スカート部の横断面形状が、ピストンピンの軸線方向を短径とする楕円形に形成された内燃機関のピストンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−８１５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような、スカート部の横断面形状が楕円形に形成された内燃機関のピストンにおいては、ピストンの摺動時にスカート部の長径部にスラスト方向および反スラスト方向の力が作用する。そのため、スカート部の長径部側面とシリンダボアとの間の接触圧力が高くなり、スカート部とシリンダボアとの間に生じるフリクション（摩擦）が増加されたり、スカート部やシリンダボアの摩耗が増加される場合がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンにおいて、スカート部とシリンダボアとの間に生じる摩擦を効果的に低減することができる内燃機関のピストン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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のピストンは、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンであって、前記スカート部の長径部側面に、ピストンピン直角方向の内方に後退させた後退面を形成することを特徴とする。
【０００８】
また、前記後退面は、前記スカート部の長径部側面に曲面部を介して形成されるようにしてもよい。
【０００９】
また、前記後退面は、ピストンピン軸線よりも下方の前記スカート部の長径部側面に形成されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関のピストンによれば、横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンにおいて、スカート部とシリンダボアとの間に生じる摩擦を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンをピストンピン軸方向から視た模式的な側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンのスカート部とシリンダボアとの接触圧力を説明する模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１〜３に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
図１，２に示すように、ピストン１０は内燃機関であるディーゼルエンジン等に用いられる楕円状のピストンで、クラウン部２０とスカート部３０とを有する。
【００１４】
クラウン部２０は楕円状に形成されており、外周面２１には図示しないピストンリングが収装される複数のリング溝２２が形成されている。また、クラウン部２０の下部には、このクラウン部２０の下面から一体的に延びる楕円筒状のスカート部３０が形成されている。なお、図１〜３中の一点鎖線Ｘは、ピストンピン軸直交線を示している。
【００１５】
スカート部３０の短径部には、図１，２に示すように、ピストンピン（不図示）が挿通される一対のピン孔３１と、このピン孔３１が形成された一対のピンボス３２とが設けられている。すなわち、スカート部３０の短径部は、このピンボス３２が設けられることによって、スカート部３０の長径部よりも肉厚に形成されている。
【００１６】
また、スカート部３０の側面は、図２に示すように、ピストンピン軸直交線Ｘ方向に延びるピンボス外側面３３と、円弧状の楕円側面３４と、クラウン部２０の長径部よりも曲率半径が大きい円弧状の後退面３５と、曲面部３６とを一体的に連続して形成されている。
【００１７】
ピンボス外側面３３は、図２に示すように、ピストンピン軸直交線Ｘ方向に延びる平面状に形成されており、その両端を楕円側面３４の端部に連接されている。すなわち、ピンボス外側面３３は、クラウン部２０の外周面２１よりもピストン１０内側（ピストンピン軸方向の内方）に位置するように形成されている。
【００１８】
後退面３５は、図１に示すように、スカート部３０の長径部側面に、ピストンピン軸直交線Ｘよりも下方からスカート裾部３７に向かって、ピストンピン軸直交線Ｘ方向の内方に後退するように形成されている。すなわち、ピストン１０をピストンピン軸方向から側面視した場合、後退面３５はクラウン部２０の外周面２１よりもピストン１０内側に位置する。本実施形態において、図３に示すように、後退面３５のクラウン部２０の外周面２１からの後退量Ｂは５〜１００μｍの範囲に設定されている。また、後退面３５の端部とピストン１０中心部とを結ぶ線Ｌ1と、ピストンピン軸直交線Ｘとがなす角度θ1は１５．０〜２５．０度の範囲に設定されている。
【００１９】
曲面部３６は、図２に示すように、楕円側面３４と後退面３５との間に設けられている。すなわち、楕円側面３４と後退面３５とは、曲面部３６によって曲形状に連続して形成されている。
【００２０】
楕円側面３４は、図２に示すように、スカート３０を横断面視した場合に、クラウン部２０の外周面２１と略一致するように形成されている。すなわち、楕円側面３４は、ピストン１０の摺動時に、ピストン１０とシリンダボア（不図示）との間の接触面として機能する。本実施形態において、図３に示すように、楕円側面３４のピストンピン軸側の端部とピストン１０中心部とを結ぶ線Ｌ2と、線Ｌ1とがなす角度θ2は２０．０〜２２．５度の範囲に設定されている。
【００２１】
上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０によれば以下のような作用・効果を奏する。
【００２２】
図３中の右側をスラスト側、左側を反スラスト側とした場合、ピストン１０の摺動時には、スカート部３０の右側長径部にスラスト力Ｆ1が作用し、スカート部３０の左側長径部に反スラスト力Ｆ2が作用する。ここで、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０では、スカート部３０の長径部側面に後退面３５が形成されているので、ピストン１０の摺動時には、楕円側面３４がシリンダボアとの接触面として機能する。そして、この楕円側面３４に作用するスラスト側の圧力Ｐ1と反スラスト側の圧力Ｐ2とは、以下の（１式）および（２式）で求められる。
Ｐ1＝Ｆ1×ｃｏｓθ1…（１式）
Ｐ2＝Ｆ2×ｃｏｓθ1…（２式）
【００２３】
すなわち、楕円側面３４に作用するスラスト側の圧力Ｐ1と反スラスト側の圧力Ｐ2とは、スラスト力Ｆ1および反スラスト力Ｆ2よりも低減されることになる。
【００２４】
したがって、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０によれば、スカート部３０とシリンダボアとの間の接触圧力が低減されるので、当然ながら、このスカート部３０とシリンダボアとの間に発生するフリクションを効果的に低減することができる。また、スカート部３０やシリンダボアの摩耗も効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、ピストン１０のスカート部３０とシリンダボアとの間の接触圧力が低減されるので、ピストン１０のシリンダボアへの焼き付きを効果的に防止することができるとともに、ピストン１０とシリンダボアとの間で生じる騒音も効果的に低減することができる。
【００２６】
また、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン１０では、楕円側面３４と後退面３５との間に曲面部３６を設け、この楕円側面３４と後退面３５とを曲形状に連続して形成している。
【００２７】
したがって、スカート部３０とシリンダボアとの局所的な接触が抑制されるので、スカート部３０とシリンダボアとの間に発生するフリクションの発生や、スカート部３０やシリンダボアの摩耗、ピストン１０のシリンダボアへの焼き付きや、ピストン１０とシリンダボアとの間で生じる騒音を更に効果的に防止することができる。
【００２８】
また、後退面３５はピストンピン軸直交線Ｘよりも下方からスカート裾部３７に向かって形成されているので、ピストン１０の摺動時には、ピストンピン軸直交線Ｘよりも上方に位置するスカート部３０の長径部側面が、シリンダボアとの間の接触面として機能する。
【００２９】
したがって、ピストン１０の摺動時に、ピストン１０がシリンダボア内に安定して保持され、スラスト力や反スラスト力によってピストン１０の摺動動作がスラスト方向や反スラスト方向に傾いて不安定となることを効果的に抑制することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上述の実施形態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、適宜変形して実施することが可能である。
【００３１】
例えば、上述の実施形態において、後退面３５はクラウン部２０の長径部よりも曲率半径が大きい円弧状に形成されるものとして説明したが、この後退面３５をピストンピン軸直交線Ｘ方向の内方に凹ませた凹形状としてもよい。また、後退面３５をスカート部３０の長径部に複数設けるようにしてもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０ ピストン
２０ クラウン部
３０ スカート部
３５ 後退面
３６ 曲面部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンであって、
前記スカート部の長径部側面に、ピストンピン直角方向の内方に後退させた後退面を形成する
ことを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
前記後退面は、前記スカート部の長径部側面に曲面部を介して形成される
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のピストン。
【請求項３】
前記後退面は、ピストンピン軸線よりも下方の前記スカート部の長径部側面に形成される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のピストン。
【請求項１】
横断面形状がピストンピン方向を短径とする楕円状のクラウン部とスカート部とを有する内燃機関のピストンであって、
前記スカート部の長径部側面に、ピストンピン直角方向の内方に後退させた後退面を形成する
ことを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
前記後退面は、前記スカート部の長径部側面に曲面部を介して形成される
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のピストン。
【請求項３】
前記後退面は、ピストンピン軸線よりも下方の前記スカート部の長径部側面に形成される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のピストン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２１２１（Ｐ２０１２−２１２１Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７０５９（Ｐ２０１０−１３７０５９）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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