内燃機関のピストン
【課題】各スカート部のシリンダ壁面に対する面圧の偏差を少なくすると共に、面圧荷重を低減して、フリクションの低減化を図り得るピストンを提供する。
【解決手段】アルミニウム合金材のピストン１は、燃焼室を画成する冠部７と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面３に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部８，９と、該各スカート部の周方向の両側端に連結部位１０を介して連結され、ピンボス１３，１４を有する一対の湾曲状のエプロン部１１，１２と、を備えている。該エプロン部の上端部内に凹部１９，２０を形成して該凹部の下部にくびれ部１１ｄ、１２ｄを形成して、各スカート部の冠部側の少なくとも一部の剛性を低下させ、該冠部側のシリンダ壁との強い衝接を抑制してフリクションの低減化を図る。
【解決手段】アルミニウム合金材のピストン１は、燃焼室を画成する冠部７と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面３に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部８，９と、該各スカート部の周方向の両側端に連結部位１０を介して連結され、ピンボス１３，１４を有する一対の湾曲状のエプロン部１１，１２と、を備えている。該エプロン部の上端部内に凹部１９，２０を形成して該凹部の下部にくびれ部１１ｄ、１２ｄを形成して、各スカート部の冠部側の少なくとも一部の剛性を低下させ、該冠部側のシリンダ壁との強い衝接を抑制してフリクションの低減化を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の部品である内燃機関のピストンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関のピストンとしては、例えば以下の特許文献１に記載されているものがある。このピストンは、いわゆるスラスト側のスカート部に周方向で連結された両エプロン部の前記両連結箇所でかつ冠部の近傍に、周方向の一端側がピンボス部と連結された肉厚部がそれぞれ形成されている。一方、前記両エプロン部の反スラスト側のスカート部と連結した部位は狭幅に形成されていると共に、ピストン軸線方向に沿って垂直に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７９６５号公報(図５，図６参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の内燃機関のピストンにあっては、前述のように、特に、スラスト側のスカート部側の両エプロン部に前記肉厚部がそれぞれ形成されていることから、冠部側の剛性が高くなってスラスト側のスカート部の適度な変形が得ることができない。この結果、シリンダ壁面とスカート部との間に発生するフリクションを十分に低減させることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、とりわけ、少なくとも一方側のエプロン部の壁部の内外側面は、対向する他方側のエプロン部との間の距離が冠部付近で短くなり、該冠部側の短い部位から軸線方向の端縁側に離間する方向ではほぼ同等になるように形成することにより、スカート部の冠部側の少なくとも一部の剛性が、両エプロン部間の距離が短くなる前記冠部側の部位に比べて小さくなるように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ピストン作動中におけるスカート部のシリンダ壁面に対する強い当たりが小さくなって接触面圧を低減させることができ、これによってフリクションを効果的に低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態のピストンを示す図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】Ａは本発明の第１実施形態に係るピストンの底面側から視た斜視図、ＢはＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同ピストンの底面側から別の角度からみた視た斜視図である。
【図４】同ピストンの一部を断面して示す正面図である。
【図５】同ピストンの側面図である。
【図６】同ピストンの底面図である。
【図７】同ピストンがシリンダブロックのシリンダ壁面に摺動する状態を示す断面図である。
【図８】本実施形態のピストンと従来のピストンのスラスト側スカート部の位置に対応した変形量を比較して示すグラフである。
【図９】同じく本実施形態のピストンと従来のピストンのスラスト側スカート部のクランク角に対応した摩擦力と摩擦損失を比較して示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るピストンの縦断面図である。
【図１１】同第２実施形態に係るピストンを底面から視た斜視図である。
【図１２】同ピストンの側面図である。
【図１３】同ピストンの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る内燃機関のピストンの実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態に供されるピストンは、４サイクル・ガソリンエンジンに適用したものである。
【０００９】
〔第１実施形態〕
ピストン１は、図７に示すように、シリンダブロック２に形成されたほぼ円柱状のシリンダ壁面３に摺動自在に設けられ、該シリンダ壁面３と図外のシリンダヘッドとの間に燃焼室４を形成するようになっていると共に、ピストンピン５に連結されたコンロッド６を介して図外のクランクシャフトに連結されている。
【００１０】
前記ピストン１は、全体がＡＣ８Ａ Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金によって一体に鋳造され、図１〜図６に示すように、ほぼ円筒状に形成されて、冠面７ａ上に前記燃焼室４を画成する冠部７と、該冠部７の下端外周縁に一体に設けられた円弧状の一対のスラスト側スカート部８及び反スラスト側スカート９と、該各スカート部８、９の円周方向の両側端に各連結部位１０を介して連結された一対のエプロン部１１，１２と、を備えている。
【００１１】
前記冠部７は、比較的肉厚に形成された円盤状を呈し、冠面７ａ上に吸排気弁との干渉を防止する図外のバルブリセスが形成されていると共に、外周部にプレッシャリングやオイルリングなどの３つのピストンリングを保持するリング溝７ｂ、７ｃ、７ｄが形成されている。
【００１２】
前記両スカート部８，９は、ピストン１の軸線Ｐを中心とした左右の対称位置(図１では前後対称位置)に配置されて、横断面ほぼ円弧状に形成されていると共に、それぞれの肉厚はほぼ全体が比較的薄肉に形成されている。前記スラスト側スカート部８は、膨張行程時などにピストン１が下死点方向へストロークした際に、前記コンロッド６の角度との関係で前記シリンダ壁面３に傾きながら圧接するようになっている一方、反スラスト側のスカート部９は、圧縮行程時などにピストン１が上昇ストロークした際に、シリンダ壁面３に反対に傾きながら圧接するようになっている。前記各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する圧接荷重は、燃焼圧力を受けてシリンダ壁面３に圧接する前記スラスト側スカート部８の方が大きくなっている。
【００１３】
また、この各スカート部８，９は、スラスト側スカート部８側からみた図５に示すように、前記冠部７側の上端部８ａ(９ａ)から下端部８ｂ(９ｂ)方向に渡って傾斜拡径状に形成されて、縦断面ハ字形状に形成されていると共に、下端縁８ｃ(９ｃ)がほぼ水平状に切欠形成されている。
【００１４】
前記各エプロン部１１，１２は、図２Ａ及び図３に示すように、上端縁が前記冠部７の下端に一体に結合されていると共に、前記各連結部位１０間の円周方向の全体が各スカート部８，９よりも大きな曲率半径で僅かに外側へ膨らんだ湾曲状に形成されている。また、この各エプロン部１１，１２は、図１にも示すように、各スカート部８，９と同じく、ピストン１の軸方向の上端部から下端側に渡って傾斜拡径状に形成されて、縦断面ハ字形状に形成されている。各エプロン部１１，１２は、前記湾曲状の曲率半径は、１５０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内に設定されて、各壁部１１ａ、１２ａ全体が比較的肉厚に形成されている。
【００１５】
また、各エプロン部１１，１２は、円周方向のほぼ中央位置に、前記ピストンピン５の両端部をピン孔１３ａ、１４ａを介して支持するピンボス部１３、１４がそれぞれ形成されている。
【００１６】
さらに、両エプロン部１１，１２の壁部１１ａ、１２ａは、図１、図２Ａに示すように、冠部７との連結部位である上端部１１ｂ、１２ｂに凹部１９、２０がそれぞれ形成されて、斯かる各凹部１９，２０が形成された部位１１ｄ、１２ｄの肉厚が上端部１１ｂ、１２ｂとほぼ同一に形成されていると共に、該部位１１ｄ、１２ｄは内方へ湾曲状に形成されて、いわゆるくびれ部１１ｄ、１２ｄとして形成されている。そして、このくびれ部１１ｄ、１２ｄからピストン１開口側の下端部１１ｃ、１２ｃまでの肉厚が漸次厚くなるように形成されている。また、前記各くびれ部１１ｄ、１２ｄは、前記ピンボス部１３，１４のピン孔１３ａ、１４ａの中心Ｑよりも、上方位置に形成されている。
【００１７】
具体的に説明すると、前記各凹部１９，２０は、図１の一点鎖線で示す元の壁部内側を円弧状に切欠形成したもので、図５及び図６の斜線で示すように、前記連結部位１０の各上端部１６ａ、１７ａから前記ピンボス部１３，１４の付け根部の各両側部付近まで形成されている。この各凹部１９、２０を形成した結果、この各凹部１９，２０が形成された部位の壁部が前記くびれ部１１ｄ、１２ｄに形成されている。また、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下端部１１ｃ、１２ｃまでの下側の壁部１１ａ、１２ａが漸次末広がり状に拡径形成されている。
【００１８】
換言すれば、両エプロン部１１、１２の対向する壁部１１ａ、１２ａの内側面間の距離で考察すると、図１に示すように、前記各凹部１９，２０間の距離Ｌは長く、前記くびれ部１１ｄ、１２ｄ間の距離Ｌ１では最も短くなり、また、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから前記ピストン軸線Ｐに沿って下方へ離間するにしたがってその距離が漸次大きくなって最下端部１１ｃ、１２ｃ間の距離Ｌ２が最大となるように形成されている。
【００１９】
したがって、ピストン１は、前記凹部１９，２０が形成された上端部１１ｂ、１２ｂからくびれ部１１ｄ、１２ｄまでスカート部８，９の上端部側の剛性が小さくなり、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下端部１１ｃ、１２ｃまでのスカート部８，９の剛性が漸次大きくなるように形成されている。
【００２０】
前記各連結部位１０は、前記各スカート部８，９の各両側端からエプロン部１１，１２までの間で円周方向に沿って円弧状に形成され、かかる円弧状の各内周部１６と各外周部１７は、図２Ａ及び図３の斜線で示すように、それぞれの曲率半径がピストン１の軸方向、つまり上端部１６ａ、１７ａから下端部１６ｂ、１７ｂまでに亘って漸次大きくなるように連続して形成されている。
【００２１】
すなわち、各内周部１６と外周部１７のそれぞれの曲率半径は、小さな各上端部１６ａ、１７ａ側から大きな各下端部１６ｂ、１７ｂまでが約１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の裾拡がり状に設定されて、その拡がりが比例的かつ連続的に大きくなっている。
【００２２】
また、前記各連結部位１０の内周部１６側と外周部１７側では、その円弧幅の長さＷ，Ｗ１と上下方向での円弧幅長さＷ，Ｗ１の変化率が相違している。すなわち、各外周部１７側では、円弧幅の長さＷは比較的小さく設定されていると共に、上端部１７ａから下端部１７ｂまでの円弧幅長さＷの変化率が小さく設定されている。一方、各内周部１６側では、円弧幅の長さＷ１は比較的大きく設定されていると共に、上端部１６ａから下端部１６ｂまでの円弧幅長さＷ１の変化率が前記外周部１７側よりも大きく設定されている。
【００２３】
このように、連結部位１０の内周部１６側の円弧幅長さＷ１を大きく、かつこの長さＷ１の変化率を外周部１７側よりも大きく設定したことによって、連結部位１０の肉厚を、冠部７側の上端部からピストン下端部まで漸次大きくすることができる。すなわち、連結部位１０内周部１７は、円弧面がほぼ平坦面状に形成されていることにより、前記各スカート部８，９の周方向及び上下方向の剛性、つまり全体の剛性をほぼ均一にすることができる。
【００２４】
そして、前記各スカート部８，９と各連結部位１０及びエプロン部１１、１２の円弧状及び湾曲状の形状によって、底面からみた全体の形状が、図２及び図６に示すように、ほぼ楕円形状に形成されていると共に、全体が袴状に形成されている。
【００２５】
さらに、前記各連結部位１０の内周部１６の下端部１６ｂには、局部的に肉盛部１８がそれぞれ設けられている。この各肉盛部１８は、図２Ｂにも示すように、前記各連結部位１０の内周部１６の下端部１６ｂ側に一体に設けられ、内面が円弧状に形成されていると共に、最も肉厚な下端縁が前記連結部位１０の内周部１６の下端縁と同一位置になっている。また、この肉盛部１８は、下端縁１８ｂから上方へ向かうにしたがって漸次薄肉に形成されて円弧状の上端縁１８ａは前記連結部位１０の内周部１６の下端部１６ｂになだらかにかつ連続的に結合されている。
【００２６】
この肉盛部１８の存在により、前記両スカート部８，９のフリーな状態にある下端部側の剛性が高くなり、スカート部８，９全体の剛性をさらに均一化することができる。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、前記各連結部位１０を円弧状に形成することによって、かかる各連結部位１０全体がばね作用として働くため、ピストン１の往復ストローク時における前記各スカート部８，９の外周面とシリンダ壁面３との接触時において、スラスト側スカート部８と反スラスト側スカート部９の大きな変形を抑制することができる。
【００２８】
しかも、本実施形態では、前記両エプロン部１１，１２も湾曲状に形成されていることから、かかる両エプロン部１１，１２も僅かながらも変形によるばね作用が働く。したがって、前記各連結部位１０のばね作用と相俟って各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する接触面積が大きくなって局所的な面圧の増加を抑制することができる。
【００２９】
つまり、前述のように、前記両スカート部８，９と、各連結部位１０及び両エプロン部１１，１２全体がほぼ楕円形状となっていることから、各スカート部８，９に作用する接触圧力が前記各連結部位部１０と各エプロン部１１，１２のばね作用によって吸収された状態になり、これによって、各スカート部８，９に掛かる面圧を分散化して過大な面圧の発生を抑制することができるのである。
【００３０】
また、前記各連結部位１０の曲率半径が、上端部１６ａ、１７ａ側から下端部１６ｂ、１７ｂ側に向かって漸次大きくなるように形成したことによって、前記スカート部８，９の両側端側の剛性、つまりエプロン部１１，１２側の剛性をピストン軸方向でほぼ均一にすることが可能になる。つまり、各連結部位１０の下端部１６ｂ、１７ｂ側は、自由端(フリーな状態)になっていることから、上端部１６ａ、１７ｂ側と同じ肉厚であればこれらの剛性は上端部１６ａ、１７ａ側に比較して低くなる。そこで、肉厚を上端部１６ａ、１７ａ側から下端部側１６ｂ、１７ｂに向かって漸次大きくすることにより、剛性が全体として均一化されるのである。
【００３１】
この結果、各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する面圧が均一化して接触面圧を低減させることができ、これによってフリクションを効果的に低減することが可能になる。
【００３２】
図８に示すグラフは、膨張行程時においてシリンダ壁面３に当接する同一荷重条件下で、スラスト側スカート部の上端部と下端部間の位置と、この位置に対応したスラスト側スカート部の変形量を、本実施形態のピストン１（実線）と従来のピストン（破線）を実験により比較した結果を示したものである。
【００３３】
これをみると、前記従来のピストンでは、上端部側よりも下端部側の変形量が急激に大きくなるが、本実施形態のピストン１では、上端部から僅かに下がった位置や最下端側で変形量が僅かに大きくなるものの、全体としては変形量が小さくなっていることが明らかである。
【００３４】
これは、本実施形態では、前述した各連結部位１０の特異な円弧形状や肉厚構造及び肉盛部１８の存在などによって、スラスト側スカート部８全体の剛性が均一化したことによるものである。
【００３５】
そして、本実施形態では、前述したように、前記各エプロン部１１，１２の各スカート部８，９との連結箇所に、それぞれ凹部１９，２０を形成したことから、スカート部８，９の冠部７側の径方向の剛性が従来のものに比較して僅かに低下する。このため、燃焼圧力などによりピストン１が傾いて前記各スカート部８，９がシリンダ壁３に衝接した際に、各スカート部８，９の冠部７側はシリンダ壁３との強い当たりが抑制される。つまり、前記凹部１９、２０による剛性の低下によってスカート部８，９の冠部７側の強い衝接が緩和されて、スカート部８，９の局部的な接触によるフリクションの増加を抑制できる。
【００３６】
図９は本実施形態のピストン１と従来のピストンの摩擦力実測結果を示している。横軸が時間（クランク角Ｎ）、縦軸の左が摩擦力、縦軸の右が摩擦損失(Ｗ)を表しており、図中、上の波形が摩擦力を、下の波形が摩擦損失をそれぞれ表している。２つの波形はともに振幅が大きいほど摩擦力、摩擦損失が大きいことを意味する。時間軸はクランク角において、−３６０°〜３６０°までであり、内燃機関の１サイクル分(吸気−圧縮−膨張−排気の４行程)に当たる。
【００３７】
この図から明らかなように、本実施形態のピストン１(実線)は、従来のピストン(破線)よりも行程中の摩擦力と摩擦損失がそれぞれ低くなり、特にクランク角０〜９０°付近でその傾向が顕著になっている。これは、前述した本実施形態のピストン１の特異な構造、つまり、エプロン部１１，１２側の凹部１９、２０や、連結部位１０の肉厚変化などによって初めて実現できるものであって、本実施形態のピストン１では従来のピストンに対して約２５％の摩擦損失の低減が図れた。
【００３８】
また、本実施形態では変化点である前記くびれ部１１ｄ、１２ｄが、ピン孔１３ａ、１４ａの中心Ｑより冠部７側にあることによって、ピストン１全体の軽量化が図れる。すなわち、前記くびれ部１１ｄ、１２ｄがピン孔１３ａ、１４ａの中心Ｑより冠部７側と反対側の下端部１１ｃ、１２ｃ側にある場合は、図１の一点鎖線で示すように、くびれ部１１ｄ、１２ｄから外側への傾斜角度が大きくなって上端部１１ｂ、１２ｂを冠部７の外周縁側に結合しなければならない。このため、軽量化のために冠部７の外周部下部を切り欠いて肉抜きをすることができなくなる。この結果、冠部７の外周部下部の肉厚を大きくしなければならないことから、重量の増加が余儀なくされるが、本実施形態のように冠部７側にある場合は肉厚にする必要がないので軽量化が図れるのである。
【００３９】
〔第２実施形態〕
図１０〜図１３は第２実施形態を示し、第１実施形態の基本構造を前提として、前記各エプロン部１１，１２は、外方へ僅かに湾曲形成されているが、ピストン１の軸線Ｐ方向に沿って傾斜させずにほぼ垂直に形成したものである。つまり、第１実施形態のものとは異なり、縦断面ハ字形状の袴状ではなく両エプロン部１１，１２はほぼ平行に形成されている。
【００４０】
また、前記各連結部位１０は、外周部１７側の曲率半径が上下方向で変化することなくほぼ同一に形成されている一方、内周部１６側の曲率半径が上端部１６ａから下端部１６ｂに渡って漸次大きくなるように形成されている。
【００４１】
さらに、前記各凹部１９，２０は、第１実施形態と同じく図１０の一点鎖線で示す元の壁部を円弧状に切欠形成したもので、図１１の斜線で示すように、前記連結部位１０の各上端部１６ａ、１７ａから前記ピンボス部１３，１４の各両側部付近まで形成されている。この各凹部１９、２０を形成した結果、この各凹部１９，２０が形成された部位の壁部が前記くびれ部１１ｄ、１２ｄに形成されている。また、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下側の壁部１１ａ、１２ａがほぼ平行に形成されていると共に、この下側の壁部１１ａ、１２ａに肉厚が比較的厚くほぼ均一に形成されている。
【００４２】
換言すれば、両エプロン部１１、１２の対向する壁部１１ａ、１２ａの内側面間の距離で考察すると、図１０に示すように、前記各凹部１９，２０間の距離Ｌが最も長く、前記くびれ部１１ｄ、１２ｄ間の距離Ｌ１では短くなり、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから前記ピストン軸線Ｐに沿って下方へ離間して最下端部１１ｃ、１２ｃ間までの距離Ｌ２がＬ１と同じとなるように形成されている。したがって、ピストン１は、前記凹部１９，２０が形成された部位、つまり、くびれ部１１ｄ、１２ｄでのスカート部８，９の上端部１１ｂ、１２ｂ側の剛性が小さくなり、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下端部１１ｃ、１２ｃまでのスカート部８，９の剛性が高くかつほぼ同一の大きさになるように形成されている。
【００４３】
よって、この実施形態では、前記エプロン部１１，１２の僅かな湾曲形状によってばね力が発揮されることは第１実施形態と同様であるが、特に各連結部位１０は、外周部１７では曲率半径が上下方向で殆ど変化なく、内周部１６の上下方向で大きく変化するようになっていることから、剛性が低下し易い下端部の肉厚が上端部よりも十分に大きくなって、スカート部８，９全体の剛性の均一化を促進できる。
【００４４】
よって、エプロン部１１，１２のばね作用及び各連結部位１０のばね作用と、該各連結部位１０の肉厚変化によって各スカート部８，９の剛性の偏りを抑制できることによって、該各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する面圧の偏りを十分に抑制することができる。
【００４５】
さらに、前記各エプロン部１１，１２を、湾曲形状ではなくほぼ平坦状に形成することも可能である。これによって、各スカート部８，９がシリンダ壁面３に圧接した際に、各エプロン部１１，１２でのばね作用はほとんど働かず、もっぱら各連結部位１０でのばね作用が働くことになる。
【００４６】
また、前記凹部１９，２０による各スカート部８，９の上端部、つまり冠部７側の剛性が低下することによって、シリンダ壁３との強い衝接が抑制されて、局部的な摩擦力の増加を抑制できることは、第１実施形態と同様である。
【００４７】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、前記連結部位１０は、圧接荷重が大きくなるスラスト側スカート部８側のみ形成することも可能である。また、前記各連結部位１０は、円弧状に形成することなく、例えば、面取り状のＲ形状であってもよい。
【００４８】
さらに、前記各凹部１９，２０の形成範囲や深さなどは、ピストン１の仕様や大きさなどによって任意に設定することが可能である。
【００４９】
また、各スカート部８，９の外周面に、シリンダ壁面３とのフリクションを低減させるための、低摩擦材をコーティングすることも可能である。
【００５０】
さらに、ピストンの材質もアルミニウムだけではなく、鉄やマグネシウムなど様々な金属を採用することが可能である。
【００５１】
また、本発明のピストンを、Ｖ型、Ｗ型などの種々の内燃機関に適用することや、さらに単気筒型や多気筒型など種々の内燃機関に適用することが可能である。
【００５２】
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記エプロン部の肉厚は、対向する相手側のエプロン部との距離が前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなる箇所の部位までほぼ同等となり、さらに離間するにしたがって厚くなることを特徴とする内燃機関のピストン。
【００５３】
この発明によれば、ピストンの冠部と反対側の開放側の剛性が高くなることから、スカート部全体の剛性が均一化させることができ、これによって、スカート部の外周面とシリンダ壁面との接触時における該スカート部の大きな変形を抑制できる。この結果、フリクションを効果的に低減できる。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が小さくなるように変化する領域から大きくなるように変化する変化点は、前記ピンボスのピン孔の中心より冠部側に存することを特徴とする内燃機関のピストン。
【００５４】
この発明によれば、前記変化点であるくびれ部がピン孔の中心より冠部側にあることによって、ピストン全体の軽量化が図れる。すなわち、前記くびれ部がピン孔の中心より冠部側と反対方向にある場合は、冠部の外周部下部の肉厚を大きくしなければならないことから、重量の増加が余儀なくされるが、本発明のように、冠部側にある場合は肉厚にする必要がないので軽量化が図れるのである。
〔請求項ｃ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が、前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなり、さらに離間すると大きくなる箇所の部位は少なくとも前記一方側のスカート部の側端に形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｄ〕請求項ｃに記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなり、さらに離間すると大きくなる箇所の部位は、少なくとも前記スラスト側のスカート部側の端部に形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｅ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなり、さらに離間すると大きくなるか箇所の部位は、前記一方側のエプロン部における前記ピンボス部を除く全範囲に形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｆ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
少なくとも前記一方側のスカート部は、前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって周方向幅が大きくなっていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｇ〕
燃焼室を画成する冠部と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部と、該各スカート部の周方向の両側端に連結され、ピストンピンの両端部を支持するピンボス部を有する一対のエプロン部と、を備え、
前記少なくとも一方側のエプロン部の壁部の内外側面は、前記冠部側付近では剛性が小さくなり、この部位から軸線方向の外端縁側に離間するにしたがって剛性が大きくなり、さらに離間すると剛性がほぼ同等となるように形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
【符号の説明】
【００５５】
１…ピストン
２…シリンダブロック
３…シリンダ壁面
４…燃焼室
５…ピストンピン
７…冠部
７ａ…冠面
８…スラスト側スカート部
９…反スラスト側スカート部
１０(１０ａ、１０ｂ)…連結部位
１１・１２…エプロン部
１１ａ・１２ａ…壁部
１１ｂ・１２ｂ…上端部
１１ｃ・１２ｃ…下端部
１１ｄ・１２ｄ…くびれ部
１３・１４…ピンボス部
１３ａ、１４ａ…ピン孔
１６…内周部
１７…外周部
１８…肉盛部
１９・２０…凹部
Ｐ…ピストン軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の部品である内燃機関のピストンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関のピストンとしては、例えば以下の特許文献１に記載されているものがある。このピストンは、いわゆるスラスト側のスカート部に周方向で連結された両エプロン部の前記両連結箇所でかつ冠部の近傍に、周方向の一端側がピンボス部と連結された肉厚部がそれぞれ形成されている。一方、前記両エプロン部の反スラスト側のスカート部と連結した部位は狭幅に形成されていると共に、ピストン軸線方向に沿って垂直に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７９６５号公報(図５，図６参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の内燃機関のピストンにあっては、前述のように、特に、スラスト側のスカート部側の両エプロン部に前記肉厚部がそれぞれ形成されていることから、冠部側の剛性が高くなってスラスト側のスカート部の適度な変形が得ることができない。この結果、シリンダ壁面とスカート部との間に発生するフリクションを十分に低減させることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、とりわけ、少なくとも一方側のエプロン部の壁部の内外側面は、対向する他方側のエプロン部との間の距離が冠部付近で短くなり、該冠部側の短い部位から軸線方向の端縁側に離間する方向ではほぼ同等になるように形成することにより、スカート部の冠部側の少なくとも一部の剛性が、両エプロン部間の距離が短くなる前記冠部側の部位に比べて小さくなるように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ピストン作動中におけるスカート部のシリンダ壁面に対する強い当たりが小さくなって接触面圧を低減させることができ、これによってフリクションを効果的に低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態のピストンを示す図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】Ａは本発明の第１実施形態に係るピストンの底面側から視た斜視図、ＢはＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同ピストンの底面側から別の角度からみた視た斜視図である。
【図４】同ピストンの一部を断面して示す正面図である。
【図５】同ピストンの側面図である。
【図６】同ピストンの底面図である。
【図７】同ピストンがシリンダブロックのシリンダ壁面に摺動する状態を示す断面図である。
【図８】本実施形態のピストンと従来のピストンのスラスト側スカート部の位置に対応した変形量を比較して示すグラフである。
【図９】同じく本実施形態のピストンと従来のピストンのスラスト側スカート部のクランク角に対応した摩擦力と摩擦損失を比較して示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るピストンの縦断面図である。
【図１１】同第２実施形態に係るピストンを底面から視た斜視図である。
【図１２】同ピストンの側面図である。
【図１３】同ピストンの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る内燃機関のピストンの実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態に供されるピストンは、４サイクル・ガソリンエンジンに適用したものである。
【０００９】
〔第１実施形態〕
ピストン１は、図７に示すように、シリンダブロック２に形成されたほぼ円柱状のシリンダ壁面３に摺動自在に設けられ、該シリンダ壁面３と図外のシリンダヘッドとの間に燃焼室４を形成するようになっていると共に、ピストンピン５に連結されたコンロッド６を介して図外のクランクシャフトに連結されている。
【００１０】
前記ピストン１は、全体がＡＣ８Ａ Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金によって一体に鋳造され、図１〜図６に示すように、ほぼ円筒状に形成されて、冠面７ａ上に前記燃焼室４を画成する冠部７と、該冠部７の下端外周縁に一体に設けられた円弧状の一対のスラスト側スカート部８及び反スラスト側スカート９と、該各スカート部８、９の円周方向の両側端に各連結部位１０を介して連結された一対のエプロン部１１，１２と、を備えている。
【００１１】
前記冠部７は、比較的肉厚に形成された円盤状を呈し、冠面７ａ上に吸排気弁との干渉を防止する図外のバルブリセスが形成されていると共に、外周部にプレッシャリングやオイルリングなどの３つのピストンリングを保持するリング溝７ｂ、７ｃ、７ｄが形成されている。
【００１２】
前記両スカート部８，９は、ピストン１の軸線Ｐを中心とした左右の対称位置(図１では前後対称位置)に配置されて、横断面ほぼ円弧状に形成されていると共に、それぞれの肉厚はほぼ全体が比較的薄肉に形成されている。前記スラスト側スカート部８は、膨張行程時などにピストン１が下死点方向へストロークした際に、前記コンロッド６の角度との関係で前記シリンダ壁面３に傾きながら圧接するようになっている一方、反スラスト側のスカート部９は、圧縮行程時などにピストン１が上昇ストロークした際に、シリンダ壁面３に反対に傾きながら圧接するようになっている。前記各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する圧接荷重は、燃焼圧力を受けてシリンダ壁面３に圧接する前記スラスト側スカート部８の方が大きくなっている。
【００１３】
また、この各スカート部８，９は、スラスト側スカート部８側からみた図５に示すように、前記冠部７側の上端部８ａ(９ａ)から下端部８ｂ(９ｂ)方向に渡って傾斜拡径状に形成されて、縦断面ハ字形状に形成されていると共に、下端縁８ｃ(９ｃ)がほぼ水平状に切欠形成されている。
【００１４】
前記各エプロン部１１，１２は、図２Ａ及び図３に示すように、上端縁が前記冠部７の下端に一体に結合されていると共に、前記各連結部位１０間の円周方向の全体が各スカート部８，９よりも大きな曲率半径で僅かに外側へ膨らんだ湾曲状に形成されている。また、この各エプロン部１１，１２は、図１にも示すように、各スカート部８，９と同じく、ピストン１の軸方向の上端部から下端側に渡って傾斜拡径状に形成されて、縦断面ハ字形状に形成されている。各エプロン部１１，１２は、前記湾曲状の曲率半径は、１５０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内に設定されて、各壁部１１ａ、１２ａ全体が比較的肉厚に形成されている。
【００１５】
また、各エプロン部１１，１２は、円周方向のほぼ中央位置に、前記ピストンピン５の両端部をピン孔１３ａ、１４ａを介して支持するピンボス部１３、１４がそれぞれ形成されている。
【００１６】
さらに、両エプロン部１１，１２の壁部１１ａ、１２ａは、図１、図２Ａに示すように、冠部７との連結部位である上端部１１ｂ、１２ｂに凹部１９、２０がそれぞれ形成されて、斯かる各凹部１９，２０が形成された部位１１ｄ、１２ｄの肉厚が上端部１１ｂ、１２ｂとほぼ同一に形成されていると共に、該部位１１ｄ、１２ｄは内方へ湾曲状に形成されて、いわゆるくびれ部１１ｄ、１２ｄとして形成されている。そして、このくびれ部１１ｄ、１２ｄからピストン１開口側の下端部１１ｃ、１２ｃまでの肉厚が漸次厚くなるように形成されている。また、前記各くびれ部１１ｄ、１２ｄは、前記ピンボス部１３，１４のピン孔１３ａ、１４ａの中心Ｑよりも、上方位置に形成されている。
【００１７】
具体的に説明すると、前記各凹部１９，２０は、図１の一点鎖線で示す元の壁部内側を円弧状に切欠形成したもので、図５及び図６の斜線で示すように、前記連結部位１０の各上端部１６ａ、１７ａから前記ピンボス部１３，１４の付け根部の各両側部付近まで形成されている。この各凹部１９、２０を形成した結果、この各凹部１９，２０が形成された部位の壁部が前記くびれ部１１ｄ、１２ｄに形成されている。また、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下端部１１ｃ、１２ｃまでの下側の壁部１１ａ、１２ａが漸次末広がり状に拡径形成されている。
【００１８】
換言すれば、両エプロン部１１、１２の対向する壁部１１ａ、１２ａの内側面間の距離で考察すると、図１に示すように、前記各凹部１９，２０間の距離Ｌは長く、前記くびれ部１１ｄ、１２ｄ間の距離Ｌ１では最も短くなり、また、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから前記ピストン軸線Ｐに沿って下方へ離間するにしたがってその距離が漸次大きくなって最下端部１１ｃ、１２ｃ間の距離Ｌ２が最大となるように形成されている。
【００１９】
したがって、ピストン１は、前記凹部１９，２０が形成された上端部１１ｂ、１２ｂからくびれ部１１ｄ、１２ｄまでスカート部８，９の上端部側の剛性が小さくなり、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下端部１１ｃ、１２ｃまでのスカート部８，９の剛性が漸次大きくなるように形成されている。
【００２０】
前記各連結部位１０は、前記各スカート部８，９の各両側端からエプロン部１１，１２までの間で円周方向に沿って円弧状に形成され、かかる円弧状の各内周部１６と各外周部１７は、図２Ａ及び図３の斜線で示すように、それぞれの曲率半径がピストン１の軸方向、つまり上端部１６ａ、１７ａから下端部１６ｂ、１７ｂまでに亘って漸次大きくなるように連続して形成されている。
【００２１】
すなわち、各内周部１６と外周部１７のそれぞれの曲率半径は、小さな各上端部１６ａ、１７ａ側から大きな各下端部１６ｂ、１７ｂまでが約１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の裾拡がり状に設定されて、その拡がりが比例的かつ連続的に大きくなっている。
【００２２】
また、前記各連結部位１０の内周部１６側と外周部１７側では、その円弧幅の長さＷ，Ｗ１と上下方向での円弧幅長さＷ，Ｗ１の変化率が相違している。すなわち、各外周部１７側では、円弧幅の長さＷは比較的小さく設定されていると共に、上端部１７ａから下端部１７ｂまでの円弧幅長さＷの変化率が小さく設定されている。一方、各内周部１６側では、円弧幅の長さＷ１は比較的大きく設定されていると共に、上端部１６ａから下端部１６ｂまでの円弧幅長さＷ１の変化率が前記外周部１７側よりも大きく設定されている。
【００２３】
このように、連結部位１０の内周部１６側の円弧幅長さＷ１を大きく、かつこの長さＷ１の変化率を外周部１７側よりも大きく設定したことによって、連結部位１０の肉厚を、冠部７側の上端部からピストン下端部まで漸次大きくすることができる。すなわち、連結部位１０内周部１７は、円弧面がほぼ平坦面状に形成されていることにより、前記各スカート部８，９の周方向及び上下方向の剛性、つまり全体の剛性をほぼ均一にすることができる。
【００２４】
そして、前記各スカート部８，９と各連結部位１０及びエプロン部１１、１２の円弧状及び湾曲状の形状によって、底面からみた全体の形状が、図２及び図６に示すように、ほぼ楕円形状に形成されていると共に、全体が袴状に形成されている。
【００２５】
さらに、前記各連結部位１０の内周部１６の下端部１６ｂには、局部的に肉盛部１８がそれぞれ設けられている。この各肉盛部１８は、図２Ｂにも示すように、前記各連結部位１０の内周部１６の下端部１６ｂ側に一体に設けられ、内面が円弧状に形成されていると共に、最も肉厚な下端縁が前記連結部位１０の内周部１６の下端縁と同一位置になっている。また、この肉盛部１８は、下端縁１８ｂから上方へ向かうにしたがって漸次薄肉に形成されて円弧状の上端縁１８ａは前記連結部位１０の内周部１６の下端部１６ｂになだらかにかつ連続的に結合されている。
【００２６】
この肉盛部１８の存在により、前記両スカート部８，９のフリーな状態にある下端部側の剛性が高くなり、スカート部８，９全体の剛性をさらに均一化することができる。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、前記各連結部位１０を円弧状に形成することによって、かかる各連結部位１０全体がばね作用として働くため、ピストン１の往復ストローク時における前記各スカート部８，９の外周面とシリンダ壁面３との接触時において、スラスト側スカート部８と反スラスト側スカート部９の大きな変形を抑制することができる。
【００２８】
しかも、本実施形態では、前記両エプロン部１１，１２も湾曲状に形成されていることから、かかる両エプロン部１１，１２も僅かながらも変形によるばね作用が働く。したがって、前記各連結部位１０のばね作用と相俟って各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する接触面積が大きくなって局所的な面圧の増加を抑制することができる。
【００２９】
つまり、前述のように、前記両スカート部８，９と、各連結部位１０及び両エプロン部１１，１２全体がほぼ楕円形状となっていることから、各スカート部８，９に作用する接触圧力が前記各連結部位部１０と各エプロン部１１，１２のばね作用によって吸収された状態になり、これによって、各スカート部８，９に掛かる面圧を分散化して過大な面圧の発生を抑制することができるのである。
【００３０】
また、前記各連結部位１０の曲率半径が、上端部１６ａ、１７ａ側から下端部１６ｂ、１７ｂ側に向かって漸次大きくなるように形成したことによって、前記スカート部８，９の両側端側の剛性、つまりエプロン部１１，１２側の剛性をピストン軸方向でほぼ均一にすることが可能になる。つまり、各連結部位１０の下端部１６ｂ、１７ｂ側は、自由端(フリーな状態)になっていることから、上端部１６ａ、１７ｂ側と同じ肉厚であればこれらの剛性は上端部１６ａ、１７ａ側に比較して低くなる。そこで、肉厚を上端部１６ａ、１７ａ側から下端部側１６ｂ、１７ｂに向かって漸次大きくすることにより、剛性が全体として均一化されるのである。
【００３１】
この結果、各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する面圧が均一化して接触面圧を低減させることができ、これによってフリクションを効果的に低減することが可能になる。
【００３２】
図８に示すグラフは、膨張行程時においてシリンダ壁面３に当接する同一荷重条件下で、スラスト側スカート部の上端部と下端部間の位置と、この位置に対応したスラスト側スカート部の変形量を、本実施形態のピストン１（実線）と従来のピストン（破線）を実験により比較した結果を示したものである。
【００３３】
これをみると、前記従来のピストンでは、上端部側よりも下端部側の変形量が急激に大きくなるが、本実施形態のピストン１では、上端部から僅かに下がった位置や最下端側で変形量が僅かに大きくなるものの、全体としては変形量が小さくなっていることが明らかである。
【００３４】
これは、本実施形態では、前述した各連結部位１０の特異な円弧形状や肉厚構造及び肉盛部１８の存在などによって、スラスト側スカート部８全体の剛性が均一化したことによるものである。
【００３５】
そして、本実施形態では、前述したように、前記各エプロン部１１，１２の各スカート部８，９との連結箇所に、それぞれ凹部１９，２０を形成したことから、スカート部８，９の冠部７側の径方向の剛性が従来のものに比較して僅かに低下する。このため、燃焼圧力などによりピストン１が傾いて前記各スカート部８，９がシリンダ壁３に衝接した際に、各スカート部８，９の冠部７側はシリンダ壁３との強い当たりが抑制される。つまり、前記凹部１９、２０による剛性の低下によってスカート部８，９の冠部７側の強い衝接が緩和されて、スカート部８，９の局部的な接触によるフリクションの増加を抑制できる。
【００３６】
図９は本実施形態のピストン１と従来のピストンの摩擦力実測結果を示している。横軸が時間（クランク角Ｎ）、縦軸の左が摩擦力、縦軸の右が摩擦損失(Ｗ)を表しており、図中、上の波形が摩擦力を、下の波形が摩擦損失をそれぞれ表している。２つの波形はともに振幅が大きいほど摩擦力、摩擦損失が大きいことを意味する。時間軸はクランク角において、−３６０°〜３６０°までであり、内燃機関の１サイクル分(吸気−圧縮−膨張−排気の４行程)に当たる。
【００３７】
この図から明らかなように、本実施形態のピストン１(実線)は、従来のピストン(破線)よりも行程中の摩擦力と摩擦損失がそれぞれ低くなり、特にクランク角０〜９０°付近でその傾向が顕著になっている。これは、前述した本実施形態のピストン１の特異な構造、つまり、エプロン部１１，１２側の凹部１９、２０や、連結部位１０の肉厚変化などによって初めて実現できるものであって、本実施形態のピストン１では従来のピストンに対して約２５％の摩擦損失の低減が図れた。
【００３８】
また、本実施形態では変化点である前記くびれ部１１ｄ、１２ｄが、ピン孔１３ａ、１４ａの中心Ｑより冠部７側にあることによって、ピストン１全体の軽量化が図れる。すなわち、前記くびれ部１１ｄ、１２ｄがピン孔１３ａ、１４ａの中心Ｑより冠部７側と反対側の下端部１１ｃ、１２ｃ側にある場合は、図１の一点鎖線で示すように、くびれ部１１ｄ、１２ｄから外側への傾斜角度が大きくなって上端部１１ｂ、１２ｂを冠部７の外周縁側に結合しなければならない。このため、軽量化のために冠部７の外周部下部を切り欠いて肉抜きをすることができなくなる。この結果、冠部７の外周部下部の肉厚を大きくしなければならないことから、重量の増加が余儀なくされるが、本実施形態のように冠部７側にある場合は肉厚にする必要がないので軽量化が図れるのである。
【００３９】
〔第２実施形態〕
図１０〜図１３は第２実施形態を示し、第１実施形態の基本構造を前提として、前記各エプロン部１１，１２は、外方へ僅かに湾曲形成されているが、ピストン１の軸線Ｐ方向に沿って傾斜させずにほぼ垂直に形成したものである。つまり、第１実施形態のものとは異なり、縦断面ハ字形状の袴状ではなく両エプロン部１１，１２はほぼ平行に形成されている。
【００４０】
また、前記各連結部位１０は、外周部１７側の曲率半径が上下方向で変化することなくほぼ同一に形成されている一方、内周部１６側の曲率半径が上端部１６ａから下端部１６ｂに渡って漸次大きくなるように形成されている。
【００４１】
さらに、前記各凹部１９，２０は、第１実施形態と同じく図１０の一点鎖線で示す元の壁部を円弧状に切欠形成したもので、図１１の斜線で示すように、前記連結部位１０の各上端部１６ａ、１７ａから前記ピンボス部１３，１４の各両側部付近まで形成されている。この各凹部１９、２０を形成した結果、この各凹部１９，２０が形成された部位の壁部が前記くびれ部１１ｄ、１２ｄに形成されている。また、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下側の壁部１１ａ、１２ａがほぼ平行に形成されていると共に、この下側の壁部１１ａ、１２ａに肉厚が比較的厚くほぼ均一に形成されている。
【００４２】
換言すれば、両エプロン部１１、１２の対向する壁部１１ａ、１２ａの内側面間の距離で考察すると、図１０に示すように、前記各凹部１９，２０間の距離Ｌが最も長く、前記くびれ部１１ｄ、１２ｄ間の距離Ｌ１では短くなり、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから前記ピストン軸線Ｐに沿って下方へ離間して最下端部１１ｃ、１２ｃ間までの距離Ｌ２がＬ１と同じとなるように形成されている。したがって、ピストン１は、前記凹部１９，２０が形成された部位、つまり、くびれ部１１ｄ、１２ｄでのスカート部８，９の上端部１１ｂ、１２ｂ側の剛性が小さくなり、このくびれ部１１ｄ、１２ｄから下端部１１ｃ、１２ｃまでのスカート部８，９の剛性が高くかつほぼ同一の大きさになるように形成されている。
【００４３】
よって、この実施形態では、前記エプロン部１１，１２の僅かな湾曲形状によってばね力が発揮されることは第１実施形態と同様であるが、特に各連結部位１０は、外周部１７では曲率半径が上下方向で殆ど変化なく、内周部１６の上下方向で大きく変化するようになっていることから、剛性が低下し易い下端部の肉厚が上端部よりも十分に大きくなって、スカート部８，９全体の剛性の均一化を促進できる。
【００４４】
よって、エプロン部１１，１２のばね作用及び各連結部位１０のばね作用と、該各連結部位１０の肉厚変化によって各スカート部８，９の剛性の偏りを抑制できることによって、該各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する面圧の偏りを十分に抑制することができる。
【００４５】
さらに、前記各エプロン部１１，１２を、湾曲形状ではなくほぼ平坦状に形成することも可能である。これによって、各スカート部８，９がシリンダ壁面３に圧接した際に、各エプロン部１１，１２でのばね作用はほとんど働かず、もっぱら各連結部位１０でのばね作用が働くことになる。
【００４６】
また、前記凹部１９，２０による各スカート部８，９の上端部、つまり冠部７側の剛性が低下することによって、シリンダ壁３との強い衝接が抑制されて、局部的な摩擦力の増加を抑制できることは、第１実施形態と同様である。
【００４７】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、前記連結部位１０は、圧接荷重が大きくなるスラスト側スカート部８側のみ形成することも可能である。また、前記各連結部位１０は、円弧状に形成することなく、例えば、面取り状のＲ形状であってもよい。
【００４８】
さらに、前記各凹部１９，２０の形成範囲や深さなどは、ピストン１の仕様や大きさなどによって任意に設定することが可能である。
【００４９】
また、各スカート部８，９の外周面に、シリンダ壁面３とのフリクションを低減させるための、低摩擦材をコーティングすることも可能である。
【００５０】
さらに、ピストンの材質もアルミニウムだけではなく、鉄やマグネシウムなど様々な金属を採用することが可能である。
【００５１】
また、本発明のピストンを、Ｖ型、Ｗ型などの種々の内燃機関に適用することや、さらに単気筒型や多気筒型など種々の内燃機関に適用することが可能である。
【００５２】
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記エプロン部の肉厚は、対向する相手側のエプロン部との距離が前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなる箇所の部位までほぼ同等となり、さらに離間するにしたがって厚くなることを特徴とする内燃機関のピストン。
【００５３】
この発明によれば、ピストンの冠部と反対側の開放側の剛性が高くなることから、スカート部全体の剛性が均一化させることができ、これによって、スカート部の外周面とシリンダ壁面との接触時における該スカート部の大きな変形を抑制できる。この結果、フリクションを効果的に低減できる。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が小さくなるように変化する領域から大きくなるように変化する変化点は、前記ピンボスのピン孔の中心より冠部側に存することを特徴とする内燃機関のピストン。
【００５４】
この発明によれば、前記変化点であるくびれ部がピン孔の中心より冠部側にあることによって、ピストン全体の軽量化が図れる。すなわち、前記くびれ部がピン孔の中心より冠部側と反対方向にある場合は、冠部の外周部下部の肉厚を大きくしなければならないことから、重量の増加が余儀なくされるが、本発明のように、冠部側にある場合は肉厚にする必要がないので軽量化が図れるのである。
〔請求項ｃ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が、前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなり、さらに離間すると大きくなる箇所の部位は少なくとも前記一方側のスカート部の側端に形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｄ〕請求項ｃに記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなり、さらに離間すると大きくなる箇所の部位は、少なくとも前記スラスト側のスカート部側の端部に形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｅ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
対向する他方側のエプロン部との距離が前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって小さくなり、さらに離間すると大きくなるか箇所の部位は、前記一方側のエプロン部における前記ピンボス部を除く全範囲に形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｆ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
少なくとも前記一方側のスカート部は、前記冠部側から軸線方向に離間するにしたがって周方向幅が大きくなっていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項ｇ〕
燃焼室を画成する冠部と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部と、該各スカート部の周方向の両側端に連結され、ピストンピンの両端部を支持するピンボス部を有する一対のエプロン部と、を備え、
前記少なくとも一方側のエプロン部の壁部の内外側面は、前記冠部側付近では剛性が小さくなり、この部位から軸線方向の外端縁側に離間するにしたがって剛性が大きくなり、さらに離間すると剛性がほぼ同等となるように形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
【符号の説明】
【００５５】
１…ピストン
２…シリンダブロック
３…シリンダ壁面
４…燃焼室
５…ピストンピン
７…冠部
７ａ…冠面
８…スラスト側スカート部
９…反スラスト側スカート部
１０(１０ａ、１０ｂ)…連結部位
１１・１２…エプロン部
１１ａ・１２ａ…壁部
１１ｂ・１２ｂ…上端部
１１ｃ・１２ｃ…下端部
１１ｄ・１２ｄ…くびれ部
１３・１４…ピンボス部
１３ａ、１４ａ…ピン孔
１６…内周部
１７…外周部
１８…肉盛部
１９・２０…凹部
Ｐ…ピストン軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を画成する冠部と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部と、該各スカート部の周方向の両側端に連結され、ピストンピンの両端部を支持するピンボス部を有する一対のエプロン部と、を備え、
前記少なくとも一方側のエプロン部の壁部の内外側面は、前記対向する他方側のエプロン部との間の距離が前記冠部付近で短くなり、該冠部側の短い部位から軸線方向の端縁側に離間する方向ではほぼ同等になるように形成することにより、前記スカート部の冠部側の少なくとも一部の剛性が、両エプロン部間の距離が短くなる前記冠部側の部位に比べて小さくなるように構成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項１】
燃焼室を画成する冠部と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部と、該各スカート部の周方向の両側端に連結され、ピストンピンの両端部を支持するピンボス部を有する一対のエプロン部と、を備え、
前記少なくとも一方側のエプロン部の壁部の内外側面は、前記対向する他方側のエプロン部との間の距離が前記冠部付近で短くなり、該冠部側の短い部位から軸線方向の端縁側に離間する方向ではほぼ同等になるように形成することにより、前記スカート部の冠部側の少なくとも一部の剛性が、両エプロン部間の距離が短くなる前記冠部側の部位に比べて小さくなるように構成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−７６４０８（Ｐ２０１３−７６４０８Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−５８４７（Ｐ２０１３−５８４７）
【出願日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【分割の表示】特願２００９−２８９９５５（Ｐ２００９−２８９９５５）の分割
【原出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【分割の表示】特願２００９−２８９９５５（Ｐ２００９−２８９９５５）の分割
【原出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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