内燃機関用ピストン
【課題】 内燃機関の運転中におけるピストンの各位置において、スカート部とシリンダ壁との間で安定して油膜形成を行う。
【解決手段】 コンロッド１６に連結するとともに内燃機関のシリンダボア内に移動自在に挿入したピストン１３であって、このピストン１３の下部スカート部１３７の外周面１３７ｂの周方向に環状溝１３７ｃを設け、この環状溝１３７ｃを、底面１３７ｄと、この底面１３７ｄの両縁からそれぞれ広がるように立上げた上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆとから構成し、底面１３７ｄにコンロッド１６側からコンロッド給油通路７５、ピストン給油通路１００を介して供給される潤滑油の吐出口１６２ａを開口させた。
【解決手段】 コンロッド１６に連結するとともに内燃機関のシリンダボア内に移動自在に挿入したピストン１３であって、このピストン１３の下部スカート部１３７の外周面１３７ｂの周方向に環状溝１３７ｃを設け、この環状溝１３７ｃを、底面１３７ｄと、この底面１３７ｄの両縁からそれぞれ広がるように立上げた上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆとから構成し、底面１３７ｄにコンロッド１６側からコンロッド給油通路７５、ピストン給油通路１００を介して供給される潤滑油の吐出口１６２ａを開口させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用ピストンの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関用ピストンとして、スカート部にくさび部を形成してシリンダ穴との間に油膜を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、従来の内燃機関用ピストンとして、スカート部に油溝を形成し、この油溝にシリンダ側から高圧オイルを供給することで油膜を形成するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１５３０６１号公報
【特許文献２】実開昭５６−３８１０４号公報
【０００３】
特許文献１の図１を以下の図９で説明する。なお、符号は振り直した。
図９は従来の内燃機関用ピストンの説明図であり、図中の右側にはピストン２００のスカート形状の拡大図を示す。
【０００４】
図９では、ピストン２００のスカート部２０１の中間部に逃がし溝２０２を設け、この逃がし溝２０２の上方に第１曲面２０３を形成し、この第１曲面２０３の上部及び下部にそれぞれくさび部２０４，２０５を形成し、逃がし溝２０２の下方に第２曲面２０６を形成し、この第２曲面２０６の上部及び下部にくさび部２０７，２０８を形成したことを示す。
【０００５】
特許文献２の第１図を以下の図１０で説明する。なお、符号は振り直した。
図１０は本発明に係る内燃機関の要部断面図であり、シリンダブロック２１１に設けたシリンダ穴にピストン２１３を移動自在に挿入し、このピストン２１３のスラスト側及び反スラスト側のスカート部にそれぞれ油溝２１４を形成し、シリンダブロック２１１のシリンダ穴の内面、即ちシリンダ面２１６にピストン２１３の油溝２１４，２１４にそれぞれ潤滑油を供給する給油孔２１７，２１７を開けたことを示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９において、ピストン２００がシリンダ壁（不図示）に対して相対移動したときに、くさび部２０４，２０５，２０７，２０８のくさび形作用によって、スカート部２０１とシリンダ壁との間に油膜を形成することが可能であるが、例えば、ピストン２００が上死点又は下死点、あるいはこれらの近傍に到達したときには、ピストン速度が０（ゼロ）又は非常に小さくなり、スカート部２０１とシリンダ壁との間にくさび形作用による油膜形成が期待できない。
【０００７】
図１０において、ピストン２１３が上死点、下死点あるいはこれらの近傍に到達したときでも、シリンダブロック２１１の給油孔２１７，２１７からピストン２１３の油溝２１４，２１４とシリンダ面２１６との間に潤滑油を供給して油膜を形成することが可能である。
【０００８】
しかし、例えば、ピストン２１３が上死点に到達したときに、ピストン２１３の油溝２１４の下部が給油孔２１７に臨むため、油溝２１４の下部への給油量が多くなって油膜は厚くなるが、給油孔２１７から遠い油溝２１４の上部への給油量が少なるため、油溝２１４の下部とシリンダ面２１６との間の油膜が薄くなる。
【０００９】
また同様に、ピストン２１３が下死点に到達したときに、ピストン２１３の油溝２１４の上部が給油孔２１７に臨むため、油溝２１４の上部への給油量が多くなって油膜が厚くなるが、給油孔２１７から遠い油溝２１４の下部への給油量が少なくなるため、油溝２１４の上部とシリンダ面２１６との間の油膜が薄くなる。このように、ピストン２１３の位置によって、ピストン２１３とシリンダ面２１６との間の各部の油膜厚さが変化し、油膜形成が安定しない。
【００１０】
更に、ピストン２１３の位置が上死点、下死点、あるいは、これらの近傍では、コンロッドに対するピストン２１３の揺動中心の高さ位置（シリンダの軸方向の位置）に対して、給油孔２１７，２１７の高さ位置（シリンダの軸方向の位置）が下死点側、あるいは、上死点側にずれる。
【００１１】
ピストン２１３の揺動中心と給油孔２１７との位置がずれた状態で、スラスト側の給油孔２１７と反スラスト側の給油孔２１７との供給油量（あるいは油圧）に差が生じれば、供給油量の多い側の供給孔２１７に近い部分のスカート部とシリンダ面２１６との間に厚い油膜が形成され、供給油量の少ない側の供給孔２１７に近い部分のスカート部とシリンダ面２１６との間に薄い油膜が形成されて、ピストン２１３がシリンダ面２１６に対して傾く、即ち首を振ることになり、スラップ音が発生し易くなる。
【００１２】
本発明の目的は、内燃機関用ピストンを改良することで、内燃機関の運転中におけるピストンの各位置において、スカート部とシリンダ壁との間で安定して油膜形成を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、コンロッドに連結するとともに内燃機関のシリンダ内に移動自在に挿入したピストンであって、このピストンのスカート部外周面の周方向に環状の凹部を設け、この凹部を、底面と、この底面の両縁からそれぞれ広がるように立上げた２つの傾斜面とから構成し、底面にコンロッド側から給油通路を介して供給される潤滑油の吐出口を開口させたことを特徴とする。
【００１４】
内燃機関の運転中に、ピストンが上死点又は下死点、あるいは、これらの近傍を除く位置でピストン速度が大きな状態で移動中は、２つの傾斜面のくさび形作用により、ピストンのスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を促進し、ピストンが上死点又は下死点、あるいは、これらの近傍でピストン速度が小さい状態で移動中は、凹部の底面に開けた吐出口から潤滑油を吐出してピストンのスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を促進する。
【００１５】
請求項２に係る発明は、凹部を、トップランド上端からの高さが、コンプレッションハイトと概ね一致するようにしたことを特徴とする。
ピストンのスカート部の凹部に吐出口を設けることで、ピストンが移動中のどの位置にあっても、吐出口からスカート部とシリンダ壁との間に吐出した潤滑油が、ピストン上部側とピストン下部側とにほぼ均等に供給される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明では、スカート外周面の凹部に２つの傾斜面を備えるので、２つの傾斜面のくさび形作用によって、ピストンが大きな速度で上死点側、あるいは下死点側に移動中にスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を促進することができるとともに、凹部の底面に潤滑油の吐出口を備えることによって、潤滑油を吐出口から吐出させることで、ピストンが上死点又は下死点、あるいは、その近傍でピストン速度が小さいときにもスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を強制的に行うことができる。
【００１７】
従って、ピストンの全行程のどの位置においても、スカート部とシリンダ壁との間に安定して油膜形成を行うことができ、摩擦係数を常に小さく維持することができて、内燃機関の出力向上、燃料消費低減を図ることができ、更には、十分な潤滑油によるスカート部及びシリンダ壁の焼き付きを防止することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明では、凹部を、トップランド上端からの高さが、コンプレッションハイトと概ね一致するようにしたので、ピストンが移動中のどの位置にあっても、凹部の吐出口からスカート部とシリンダ壁との隙間のピストン上部側とピストン下部側とにほぼ均等に潤滑油を供給することができ、ピストンの首振りを抑えることができて、スラップ音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るピストンを備える内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けたシリンダボア１２に移動自在に挿入したピストン１３と、このピストン１３に球面継手１４を介して連結したコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けるとともに中空のクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持する組立式のクランクシャフト１８とを備える。
【００２０】
シリンダブロック１１は、上部に設けたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の内側に嵌合させるとともにシリンダボア１２を形成した筒状のスリーブ２２と、シリンダ部２１の下部に取付けたアッパークランクケース２３とからなる。
【００２１】
コンロッド１６は、ピストン１３に連結した球形状の小端部２４と、クランクピン１７に連結した大端部２５と、これらの小端部２４及び大端部２５のそれぞれを連結するロッド部２６とを一体成形した部材であり、大端部２５をクランクピン１７に滑り軸受３１を介して連結したものである。
【００２２】
ここで、３２はクランクシャフト１８に設けたカウンタウエイト、３３はシリンダブロック１１の上部にヘッドガスケット（不図示）を介して取付けたシリンダヘッド、３４は吸気バルブ、３６は排気バルブ、３７は燃焼室、３８はアッパークランクケース２３とでクランクケースを形成するためにアッパークランクケース２３の下部に複数のボルト４１で取付けたロワークランクケース、４２はロワークランクケース３８の下部に複数のボルト４４で取付けたオイルパンである。
【００２３】
図２は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトとの連結構造を示す断面図であり、クランクシャフト１８は、端部に設けた第１シャフト５１と、この第１シャフト５１に複数のボルト５２で取付けた第２シャフト５３と、この第２シャフト５３に複数のボルト（不図示）で取付けた第３シャフト５４とを備える組立式のものである。
【００２４】
第１シャフト５１は、アッパークランクケース２３及びロワークランクケース３８で滑り軸受５６を介して支持したジャーナル部５７と、このジャーナル部５７の端部に設けたアーム部５８と、このアーム部５８から径方向に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、ジャーナル部５７の内部に中空部５９を設けたものである。なお５６ａ，５６ｂは滑り軸受５６に開けたオイル穴、環状のオイル溝である。
【００２５】
第２シャフト５３は、アーム部６１と、このアーム部６１から側方に延ばした中空のクランクピン１７と、アーム部６１から径外方に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、クランクピン１７の内部に中空部６２を設け、クランクピン１７の端部を第１シャフト５１のアーム部５８に設けた凹部６３に嵌合させるとともにクランクピン１７の端部から内側に突出させたフランジ部５３ａを第１シャフト５１のアーム部５８に取付けたものである。なお、３１ａ，３１ａは滑り軸受３１に設けたオイル穴である。
【００２６】
第３シャフト５４は、アッパークランクケース２３及びロワークランクケース３８で滑り軸受５６を介して支持したジャーナル部６５を備え、このジャーナル部６５の内部に中空部６６を設け、第２シャフト５３に設けた凹部６７にジャーナル部６５を嵌合させた部材である。
【００２７】
クランクシャフト１８は、潤滑油をシリンダブロック１１側からコンロッド１６側へ流すクランクシャフト給油通路７０を形成した部材であり、クランクシャフト給油通路７０は、第３シャフト５４のジャーナル部６５に開けた第１油路７１と、この第１油路７１に連通させるために第２シャフト５３のアーム部６１に開けた第２油路７２とからなる。
【００２８】
第１油路７１の入口はジャーナル部６５に嵌めた滑り軸受５６のオイル穴５６ａ及びオイル溝５６ｂに連通し、第２油路７２の出口は滑り軸受３１のオイル穴３１ａに連通する。
【００２９】
コンロッド１６は、大端部２５から小端部２４に至るコンロッド給油通路７５を形成した部材であり、コンロッド給油通路７５は、コンロッド１６に設けた大端部穴１６ａに開けることでオイル穴３１ａを介してクランクシャフト給油通路７０の第２油路７２に連通する大端部側油路７６と、ロッド部２６内に設けた中空部７７と、ロッド部２６内及び小端部２４内に設けた先端側油路７８と、この先端部油路７８からそれぞれ分岐するとともに小端部２４の球面８１に開口する複数の分岐油路８２とからなる。
【００３０】
図３は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図であり、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付け、クランクシャフト１８にコンロッド１６をスイング自在に取付けたことを示す。
【００３１】
ピストン１６は、例えば、材質ＡＣ８Ａ［ＪＩＳ Ｈ ５２０２］の素材を鋳造にて製造し、熱処理としてＴ６処理を施した後に機械加工を施した部材である。
コンロッド１６としては、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はチタン合金製が好適である。
【００３２】
図４は本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図であり、ピストン１３は、燃焼室３７（図１参照）を形成する冠部９０を備える上部ピストン９１と、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａを滑り可能に保持するために上部ピストン９１の冠部９０の裏面９３から突出する突出部９４内に配置した上部保持部材９６と、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂを滑り可能に保持する下部保持部材９７と、この下部保持部材９７を保持するために上部ピストン９１にねじ結合した下部ピストン９８とからなり、コンロッド１６側から下部ピストン９８とシリンダボア１２（図１参照）との間に潤滑油を供給するピストン給油通路１００を形成した組立体である。
【００３３】
上部ピストン９１は、円板状とした冠部９０と、この冠部９０の縁から下方に延ばした筒状で厚肉としたランド部１０１と、前述の突出部９４とを一体成形した部材である。
冠部９０は、燃焼室３７（図１参照）に臨む平坦な冠面１０４を備える。
ランド部１０１は、冠面１０４側から順に、トップランド１０６、トップリング溝１０７、セカンドランド１０８、セカンドリング溝１１１、サードランド１１２及びオイルリング溝１１３を設けた部分であり、トップリング溝１０７にトップリング（不図示）を嵌め、セカンドリング溝１１１にセカンドリング（不図示）を嵌め、オイルリング溝１１３にオイルリング（不図示）を嵌める。
【００３４】
突出部９４は、上部保持部材９６をピストン１３の半径方向に移動可能に収納する凹部１１５と、この凹部１１５の開口部１１６側に近い外周面１１７に形成したおねじ１１８とを備え、凹部１１５は、底部１２１に小凹部１２２を形成した部分である。
【００３５】
上部保持部材９６は、耐熱性、耐摩耗性に優れた窒化ケイ素系セラミックス製であり、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第１球面１２５と、上部ピストン９１の小凹部１２２内に位置する小凸部１２６とを備え、凹部１１５の内周面１２７と上部保持部材９６の外周面１２８とは片側にそれぞれ隙間Ｃを有し、同様に、小凹部１２２と小凸部１２６との間にも片側にそれぞれ隙間Ｃ（不図示）を有する。この隙間Ｃは凹部１１５の内周面１２７とコンロッド１６の小端部２４との間にも片側にそれぞれ有する。
上記の窒化ケイ素系セラミックスとしては、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）が好適である。
【００３６】
下部保持部材９７は、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第２球面１３１と、下部ピストン９８に嵌合する外周面１３２及びおすテーパ部１３３と、上部ピストン９１の突出部９４の端面９４ａに当接する当接面１３４とを備える４分割とした窒化ケイ素系セラミックス（上に上げた材料が好適である。）製の部材であり、回り止め用ピン（不図示）で上部ピストン９１の突出部９４に対して回転しないようにするとともに、コンロッド１６のロッド部２６に当てる被案内面を設けることでピストン１３をコンロッド１６に対して回転しないようにする部材でもある。なお、９７ａ〜９７ｄ（９７ｃ，９７ｄは不図示）は、下部保持部材９７を構成する４つの分割体である。
【００３７】
下部ピストン９８は、上部ピストン９１の突出部９４の下部及び下部保持部材９７を囲むように配置した筒部１３５と、この筒部１３５から放射状に延ばした複数のリブ１３６と、これらのリブ１３６の各先端に連結した円筒状の下部スカート部１３７とを一体成形した部材であり、全周に備える下部スカート部１３７の上端面１３７ａを上部ピストン９１のランド部１０１の下端面１０１ａに当てた部材である。
【００３８】
筒部１３５は、穴部１３８に、下部保持部材９７のおすテーパ部１３３に密着させためすテーパ部１４１と、下部保持部材９７の外周面１３２に所定の隙間を有して嵌合する内周面１４２と、上部ピストン９１のおねじ１１８にねじ結合するために内周面１４２の上部に形成しためねじ１４３とを備える。
【００３９】
下部スカート部１３７は、外周面１３７ｂに環状溝１３７ｃを形成した部分であり、環状溝１３７ｃは、底面１３７ｄと、この底面１３７ｄの両縁からそれぞれ外周面１３７ｂへ広がるように延ばした上テーパ面１３７ｅ及び下テーパ面１３７ｆとからなる。
【００４０】
おすテーパ部１３３とめすテーパ部１４１とは、嵌合させることにより筒部１３５の軸線に対して下部保持部材９７の軸線を一致させることが可能な部分である。
上記した上部ピストン９１のおねじ１１８及び下部ピストン９８のめねじ１４３は、ねじ結合部１４４を構成する部分である。
【００４１】
上部ピストン９１と下部ピストン９８とは、それらの質量をほぼ同一とした部材であり、上部保持部材９６と下部保持部材９７との質量をほぼ同一としているから、上部ピストン９１及び上部保持部材９６からなる上部ピストン半体１４５Ａの質量と、下部ピストン９８及び下部保持部材９７からなる下部ピストン半体１４５Ｂの質量とはほぼ同一となる。
【００４２】
コンロッド１６は、ロッド部２６の内部に軽量化のための中空部１４６，７７，１４８を設けた部材であり、大端部２５（図１参照）側から球面継手１４の滑り面にオイルを供給するために先端側油路７８、複数の分岐油路７９を設けたものである。
【００４３】
上記した突出部９４、上部保持部材９６、下部保持部材９７、筒部１３５及び小端部２４は、上記した球面継手１４を構成する部分である。
１５７は球状の小端部２４の中心を示す中心点であり、ピストン１３の重心でもあるが、中心点１５７をピストン１３の重心にほぼ一致させてもよい。
１５８はピストン１３の軸線である。１５９は中心点１５７を通り且つ軸線１５８に直交する平面に含まれる直線である。
【００４４】
ピストン給油通路１００は、上部ピストン９１の突出部９４に開けた複数の第１横油路１６１と、下部ピストン９８の筒部１３５、リブ１３６及び下部スカート部１３７を貫通させた複数の第２横油路１６２とからなり、一端を凹部１１５に開口し、他端を環状溝１３７ｃに開口させたものである。なお、１６２ａは第２横油路１６２の環状溝１３７ｃに開口する吐出口である。
【００４５】
ピストン給油通路１００の位置、即ち、冠面１０４からの高さＧＨは、ピストン１３のコンプレッションハイトＣＨ（トップランド１０６の上端（即ち、冠面１０４に一致する。）から球状の小端部２４の中心点１５７までの距離である。）にほぼ等しく、環状溝１３７ｃは、上テーパ面１３７ｅの上端を、ピストン給油通路１００の中心線１６４から高さＨ１の位置に設け、下テーパ面１３７ｆの下端を中心線１６４から高さＨ２の位置に設け、上テーパ面１３７ｅの傾き角をθ１、下テーパ面１３７ｆの傾き角をθ２とした部分である。上記の高さＨ１，Ｈ２は、Ｈ１＝Ｈ２の関係にあり、傾き角θ１，θ２は、θ１＝θ２の関係にある。以上より、環状溝１３７ｃ（の高さ方向の中央）の冠面１０４からの高さは、コンプレッションハイトＣＨにほぼ等しい。
【００４６】
図５は本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図（一部断面図）であり、下部ピストン９８は、筒部１３５と下部スカート部１３７とを連結する複数のリブ１３６を備え、各リブ１３６に第２横油路１６２を形成したものである。
【００４７】
ここでは、隣り合うリブ１３６のなす角度θを皆等しくしたが、これに限らず、隣り合うリブ１３６のなす角度を、スラスト側と反スラスト側とで異ならせてもよいし、あるいは、スラスト−反スラスト方向に直交する方向、例えば、クランクシャフトを車両前後方向に延ばした内燃機関ではフロント−リヤ方向のフロント側とリヤ側とで異ならせてもよい。また、このようなリブ１３６に相当するものを上部ピストン９１（図３参照）に設けてもよく、これにより、上部ピストン９１の冠部９０（図３参照）に発生する応力を各リブ１３６へ均等に分散することができ、上部ピストン９１に発生する応力の最大値を低くすることができる。
【００４８】
コンロッド１６は、小端部２４（図３参照）に近いロッド部２６の側面２６ａ，２６ａに、平坦で且つコンロッド１６がスイング（揺動）する方向（図の左右方向である。）に平行な案内面２６ｂ、２６ｂをそれぞれ形成したものであり、下部保持部材９７（形状の理解を容易にするために太線で示した部分である。）は、コンロッド１６を通すために設けた矩形状開口部９７ｅに各分割体９７ａ〜９７ｄ毎に、上記の案内面２６ｂ，２６ｂに当たりながら案内される被案内面９７ｆを設けたものである。
【００４９】
上記したように、コンロッド１６に案内面２６ｂ、２６ｂを設け、下部保持部材９７に案内面２６ｂ，２６ｂに案内される複数の被案内面９７ｆを設けたことで、コンロッド１６に対してピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防ぐことができる。
【００５０】
以上に述べたピストン１３の作用を図６〜図８で説明する。
図６は本発明に係るピストンの作用を示す第１作用図である。
潤滑油は、内燃機関の運転中は常時、シリンダブロック内からクランクシャフト給油通路７０（図２参照）、コンロッド給油通路７５（図２参照）及びピストン給油通路１００を介して下部ピストン９８の環状溝１３７ｃに矢印のように強制的に供給される。
【００５１】
このように、環状溝１３７ｃに潤滑油が供給されると、環状溝１３７ｃ内の潤滑油は、上テーパ面１３７ｅ側の下部スカート部１３７とシリンダボア１２との上隙間１６５と、下テーパ面１３７ｆ側の下部スカート部１３７とシリンダボア１２との下隙間１６６との間に流れ、油膜を形成する。
【００５２】
従って、例えば、ピストン１３が上死点、下死点、あるいは、これらの近傍に位置する場合のようなピストン速度が小さい位置でも、下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間の油膜形成を促進させることができ、十分な厚さの油膜を形成することができる。
【００５３】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンの作用を示す第２作用図である。
（ａ）において、白抜き矢印で示すように、ピストンが上死点側から下死点側へ移動中には、ピストン給油通路１００を介して下部ピストン９８の環状溝１３７ｃに供給された潤滑油は、上テーパ面１３７ｅのくさび形作用によって油路が次第に絞られ、ピストン速度が大きいほど上隙間１６５内の油圧が大きくなって十分な厚さの油膜が形成される。
【００５４】
（ｂ）において、白抜き矢印で示すように、ピストンが下死点側から上死点側へ移動中には、ピストン給油通路１００を介して下部ピストン９８の環状溝１３７ｃに供給された潤滑油は、下テーパ面１３６ｆのくさび形作用によって油路が次第に絞られ、ピストン速度が大きいほど下隙間１６６内の油圧が大きくなって十分な厚さの油膜が形成される。
【００５５】
図８は本発明に係るピストンの作用を示す第３作用図である。
環状溝１３７ｃをピストン１３のコンプレッションハイトとほぼ同等の位置に設け、ピストン１３がシリンダボア１２内を移動中に、コンロッド給油通路７５、凹部１１５内、ピストン給油通路１００、環状溝１３７ｃを介してピストン１３とシリンダボア１２との間の隙間に潤滑油を供給することで、例えば、環状溝をコンロッド１６の小端部２４の中心点１５７よりも大きく下方又は大きく上方に設けた場合よりも、本発明では、ピストン１３とシリンダボア１２との隙間のピストン上部側とピストン下部側とに一層均等に潤滑油を流すことができ、更に、環状溝１３７ｃに潤滑油を供給する給油通路をピストン１３に設けているから、ピストン１３の全行程のどの位置においても、ピストン上部側とピストン下部側とのそれぞれの隙間にほぼ均等に潤滑油を供給することができる。
従って、ピストン１３の首振りを抑えることができ、ピストン１３とシリンダボア１２との衝突により発生するピストン打音（スラップ音を含む。）を防止することができる。
【００５６】
以上の図１及び図４に示したように、本発明は第１に、コンロッド１６に連結するとともに内燃機関１０のシリンダボア１２内に移動自在に挿入したピストン１３であって、このピストン１３の下部スカート部１３７の外周面１３７ｂの周方向に環状の凹部としての環状溝１３７ｃを設け、この環状溝１３７ｃを、底面１３７ｄと、この底面１３７ｄの両縁からそれぞれ広がるように立上げた２つの傾斜面としての上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆとから構成し、底面１３７ｄにコンロッド１６側からコンロッド給油通路７５、ピストン給油通路１００を介して供給される潤滑油の吐出口１６２ａを開口させたことを特徴とする。
【００５７】
下部スカート部１３７の外周面１３７ｂの環状溝１３７ｃに２つの上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆを備えるので、２つの上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆのくさび形作用によって、ピストン１３が大きな速度で上死点側、あるいは下死点側に移動中に下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間の油膜形成を促進することができるとともに、環状溝１３７ｃの底面１３７ｄに潤滑油の吐出口１６２ａを備えることによって、潤滑油を吐出口１６２ａから吐出させることで、ピストン１３が上死点又は下死点、あるいは、その近傍でピストン速度が小さいときにも下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間の油膜形成を強制的に行うことができる。
【００５８】
従って、ピストン１３の全行程のどの位置においても、下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間に安定して十分な厚さの油膜形成を行うことができ、摩擦係数を常に小さく維持することができて、内燃機関１０の出力向上、燃料消費低減を図ることができ、更には、十分な潤滑油による下部スカート部１３７及びシリンダボア１２の焼き付きを防止することができる。
【００５９】
本発明は第２に、環状溝１３７ｃを、トップランド１０６の上端からの高さＧＨが、コンプレッションハイトＣＨと概ね一致するようにしたことを特徴とする。
環状溝１３７ｃの高さＧＨをコンプレッションハイトＣＨと概ね一致するようにしたので、ピストン１３が移動中のどの位置にあっても、環状溝１３７ｃの吐出口１６２ａから下部スカート部１３７とシリンダボア１２との隙間のピストン上部側とピストン下部側とにほぼ均等に潤滑油を供給することができ、ピストン１３の首振りを抑えることができて、スラップ音を低減することができる。
【００６０】
尚、本実施形態では、図４に示したように、環状溝１３７ｃの高さＨ１と高さＨ２とを同一としたが、これに限らず、高さＨ１と高さＨ２とを異ならせてもよい。また、傾き角θ１と傾き角θ２とを同一としたが、これに限らず、傾き角θ１と傾き角θ２とを異ならせてもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、図４に示したように、環状溝１３７ｃを下部ピストン９８に設けたが、これに限らず、上部ピストン９１にスカート部を設け、このスカート部に環状溝を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のピストンは、二輪車、四輪車の内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るピストンを備える内燃機関の断面図である。
【図２】本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトとの連結構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図である。
【図５】本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図である。
【図６】本発明に係るピストンの作用を示す第１作用図である。
【図７】本発明に係るピストンの作用を示す第２作用図である。
【図８】本発明に係るピストンの作用を示す第３作用図である。
【図９】従来の内燃機関用ピストンの説明図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の要部断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…内燃機関、１３…ピストン、１６…コンロッド、２１…シリンダ部、７０，７５，１００…給油通路（クランクシャフト給油通路、コンロッド給油通路、ピストン給油通路）、１３７…スカート部（下部スカート部）、１３７ｂ…外周面、１３７ｃ…凹部（環状溝）、１３７ｄ…底面、１３７ｅ，１３７ｆ…傾斜面（上テーパ面、下テーパ面）、１５７…ピストンとコンロッドとの連結部の中心（小端部の中心点）、１５８…ピストンの軸線、１５９…直線、１６２ａ…吐出口、ＣＨ…ピストンのコンプレッションハイト、ＧＨ…凹部の位置（環状溝の高さ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用ピストンの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関用ピストンとして、スカート部にくさび部を形成してシリンダ穴との間に油膜を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、従来の内燃機関用ピストンとして、スカート部に油溝を形成し、この油溝にシリンダ側から高圧オイルを供給することで油膜を形成するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１５３０６１号公報
【特許文献２】実開昭５６−３８１０４号公報
【０００３】
特許文献１の図１を以下の図９で説明する。なお、符号は振り直した。
図９は従来の内燃機関用ピストンの説明図であり、図中の右側にはピストン２００のスカート形状の拡大図を示す。
【０００４】
図９では、ピストン２００のスカート部２０１の中間部に逃がし溝２０２を設け、この逃がし溝２０２の上方に第１曲面２０３を形成し、この第１曲面２０３の上部及び下部にそれぞれくさび部２０４，２０５を形成し、逃がし溝２０２の下方に第２曲面２０６を形成し、この第２曲面２０６の上部及び下部にくさび部２０７，２０８を形成したことを示す。
【０００５】
特許文献２の第１図を以下の図１０で説明する。なお、符号は振り直した。
図１０は本発明に係る内燃機関の要部断面図であり、シリンダブロック２１１に設けたシリンダ穴にピストン２１３を移動自在に挿入し、このピストン２１３のスラスト側及び反スラスト側のスカート部にそれぞれ油溝２１４を形成し、シリンダブロック２１１のシリンダ穴の内面、即ちシリンダ面２１６にピストン２１３の油溝２１４，２１４にそれぞれ潤滑油を供給する給油孔２１７，２１７を開けたことを示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９において、ピストン２００がシリンダ壁（不図示）に対して相対移動したときに、くさび部２０４，２０５，２０７，２０８のくさび形作用によって、スカート部２０１とシリンダ壁との間に油膜を形成することが可能であるが、例えば、ピストン２００が上死点又は下死点、あるいはこれらの近傍に到達したときには、ピストン速度が０（ゼロ）又は非常に小さくなり、スカート部２０１とシリンダ壁との間にくさび形作用による油膜形成が期待できない。
【０００７】
図１０において、ピストン２１３が上死点、下死点あるいはこれらの近傍に到達したときでも、シリンダブロック２１１の給油孔２１７，２１７からピストン２１３の油溝２１４，２１４とシリンダ面２１６との間に潤滑油を供給して油膜を形成することが可能である。
【０００８】
しかし、例えば、ピストン２１３が上死点に到達したときに、ピストン２１３の油溝２１４の下部が給油孔２１７に臨むため、油溝２１４の下部への給油量が多くなって油膜は厚くなるが、給油孔２１７から遠い油溝２１４の上部への給油量が少なるため、油溝２１４の下部とシリンダ面２１６との間の油膜が薄くなる。
【０００９】
また同様に、ピストン２１３が下死点に到達したときに、ピストン２１３の油溝２１４の上部が給油孔２１７に臨むため、油溝２１４の上部への給油量が多くなって油膜が厚くなるが、給油孔２１７から遠い油溝２１４の下部への給油量が少なくなるため、油溝２１４の上部とシリンダ面２１６との間の油膜が薄くなる。このように、ピストン２１３の位置によって、ピストン２１３とシリンダ面２１６との間の各部の油膜厚さが変化し、油膜形成が安定しない。
【００１０】
更に、ピストン２１３の位置が上死点、下死点、あるいは、これらの近傍では、コンロッドに対するピストン２１３の揺動中心の高さ位置（シリンダの軸方向の位置）に対して、給油孔２１７，２１７の高さ位置（シリンダの軸方向の位置）が下死点側、あるいは、上死点側にずれる。
【００１１】
ピストン２１３の揺動中心と給油孔２１７との位置がずれた状態で、スラスト側の給油孔２１７と反スラスト側の給油孔２１７との供給油量（あるいは油圧）に差が生じれば、供給油量の多い側の供給孔２１７に近い部分のスカート部とシリンダ面２１６との間に厚い油膜が形成され、供給油量の少ない側の供給孔２１７に近い部分のスカート部とシリンダ面２１６との間に薄い油膜が形成されて、ピストン２１３がシリンダ面２１６に対して傾く、即ち首を振ることになり、スラップ音が発生し易くなる。
【００１２】
本発明の目的は、内燃機関用ピストンを改良することで、内燃機関の運転中におけるピストンの各位置において、スカート部とシリンダ壁との間で安定して油膜形成を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、コンロッドに連結するとともに内燃機関のシリンダ内に移動自在に挿入したピストンであって、このピストンのスカート部外周面の周方向に環状の凹部を設け、この凹部を、底面と、この底面の両縁からそれぞれ広がるように立上げた２つの傾斜面とから構成し、底面にコンロッド側から給油通路を介して供給される潤滑油の吐出口を開口させたことを特徴とする。
【００１４】
内燃機関の運転中に、ピストンが上死点又は下死点、あるいは、これらの近傍を除く位置でピストン速度が大きな状態で移動中は、２つの傾斜面のくさび形作用により、ピストンのスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を促進し、ピストンが上死点又は下死点、あるいは、これらの近傍でピストン速度が小さい状態で移動中は、凹部の底面に開けた吐出口から潤滑油を吐出してピストンのスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を促進する。
【００１５】
請求項２に係る発明は、凹部を、トップランド上端からの高さが、コンプレッションハイトと概ね一致するようにしたことを特徴とする。
ピストンのスカート部の凹部に吐出口を設けることで、ピストンが移動中のどの位置にあっても、吐出口からスカート部とシリンダ壁との間に吐出した潤滑油が、ピストン上部側とピストン下部側とにほぼ均等に供給される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明では、スカート外周面の凹部に２つの傾斜面を備えるので、２つの傾斜面のくさび形作用によって、ピストンが大きな速度で上死点側、あるいは下死点側に移動中にスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を促進することができるとともに、凹部の底面に潤滑油の吐出口を備えることによって、潤滑油を吐出口から吐出させることで、ピストンが上死点又は下死点、あるいは、その近傍でピストン速度が小さいときにもスカート部とシリンダ壁との間の油膜形成を強制的に行うことができる。
【００１７】
従って、ピストンの全行程のどの位置においても、スカート部とシリンダ壁との間に安定して油膜形成を行うことができ、摩擦係数を常に小さく維持することができて、内燃機関の出力向上、燃料消費低減を図ることができ、更には、十分な潤滑油によるスカート部及びシリンダ壁の焼き付きを防止することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明では、凹部を、トップランド上端からの高さが、コンプレッションハイトと概ね一致するようにしたので、ピストンが移動中のどの位置にあっても、凹部の吐出口からスカート部とシリンダ壁との隙間のピストン上部側とピストン下部側とにほぼ均等に潤滑油を供給することができ、ピストンの首振りを抑えることができて、スラップ音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るピストンを備える内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けたシリンダボア１２に移動自在に挿入したピストン１３と、このピストン１３に球面継手１４を介して連結したコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けるとともに中空のクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持する組立式のクランクシャフト１８とを備える。
【００２０】
シリンダブロック１１は、上部に設けたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の内側に嵌合させるとともにシリンダボア１２を形成した筒状のスリーブ２２と、シリンダ部２１の下部に取付けたアッパークランクケース２３とからなる。
【００２１】
コンロッド１６は、ピストン１３に連結した球形状の小端部２４と、クランクピン１７に連結した大端部２５と、これらの小端部２４及び大端部２５のそれぞれを連結するロッド部２６とを一体成形した部材であり、大端部２５をクランクピン１７に滑り軸受３１を介して連結したものである。
【００２２】
ここで、３２はクランクシャフト１８に設けたカウンタウエイト、３３はシリンダブロック１１の上部にヘッドガスケット（不図示）を介して取付けたシリンダヘッド、３４は吸気バルブ、３６は排気バルブ、３７は燃焼室、３８はアッパークランクケース２３とでクランクケースを形成するためにアッパークランクケース２３の下部に複数のボルト４１で取付けたロワークランクケース、４２はロワークランクケース３８の下部に複数のボルト４４で取付けたオイルパンである。
【００２３】
図２は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトとの連結構造を示す断面図であり、クランクシャフト１８は、端部に設けた第１シャフト５１と、この第１シャフト５１に複数のボルト５２で取付けた第２シャフト５３と、この第２シャフト５３に複数のボルト（不図示）で取付けた第３シャフト５４とを備える組立式のものである。
【００２４】
第１シャフト５１は、アッパークランクケース２３及びロワークランクケース３８で滑り軸受５６を介して支持したジャーナル部５７と、このジャーナル部５７の端部に設けたアーム部５８と、このアーム部５８から径方向に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、ジャーナル部５７の内部に中空部５９を設けたものである。なお５６ａ，５６ｂは滑り軸受５６に開けたオイル穴、環状のオイル溝である。
【００２５】
第２シャフト５３は、アーム部６１と、このアーム部６１から側方に延ばした中空のクランクピン１７と、アーム部６１から径外方に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、クランクピン１７の内部に中空部６２を設け、クランクピン１７の端部を第１シャフト５１のアーム部５８に設けた凹部６３に嵌合させるとともにクランクピン１７の端部から内側に突出させたフランジ部５３ａを第１シャフト５１のアーム部５８に取付けたものである。なお、３１ａ，３１ａは滑り軸受３１に設けたオイル穴である。
【００２６】
第３シャフト５４は、アッパークランクケース２３及びロワークランクケース３８で滑り軸受５６を介して支持したジャーナル部６５を備え、このジャーナル部６５の内部に中空部６６を設け、第２シャフト５３に設けた凹部６７にジャーナル部６５を嵌合させた部材である。
【００２７】
クランクシャフト１８は、潤滑油をシリンダブロック１１側からコンロッド１６側へ流すクランクシャフト給油通路７０を形成した部材であり、クランクシャフト給油通路７０は、第３シャフト５４のジャーナル部６５に開けた第１油路７１と、この第１油路７１に連通させるために第２シャフト５３のアーム部６１に開けた第２油路７２とからなる。
【００２８】
第１油路７１の入口はジャーナル部６５に嵌めた滑り軸受５６のオイル穴５６ａ及びオイル溝５６ｂに連通し、第２油路７２の出口は滑り軸受３１のオイル穴３１ａに連通する。
【００２９】
コンロッド１６は、大端部２５から小端部２４に至るコンロッド給油通路７５を形成した部材であり、コンロッド給油通路７５は、コンロッド１６に設けた大端部穴１６ａに開けることでオイル穴３１ａを介してクランクシャフト給油通路７０の第２油路７２に連通する大端部側油路７６と、ロッド部２６内に設けた中空部７７と、ロッド部２６内及び小端部２４内に設けた先端側油路７８と、この先端部油路７８からそれぞれ分岐するとともに小端部２４の球面８１に開口する複数の分岐油路８２とからなる。
【００３０】
図３は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図であり、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付け、クランクシャフト１８にコンロッド１６をスイング自在に取付けたことを示す。
【００３１】
ピストン１６は、例えば、材質ＡＣ８Ａ［ＪＩＳ Ｈ ５２０２］の素材を鋳造にて製造し、熱処理としてＴ６処理を施した後に機械加工を施した部材である。
コンロッド１６としては、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はチタン合金製が好適である。
【００３２】
図４は本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図であり、ピストン１３は、燃焼室３７（図１参照）を形成する冠部９０を備える上部ピストン９１と、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａを滑り可能に保持するために上部ピストン９１の冠部９０の裏面９３から突出する突出部９４内に配置した上部保持部材９６と、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂを滑り可能に保持する下部保持部材９７と、この下部保持部材９７を保持するために上部ピストン９１にねじ結合した下部ピストン９８とからなり、コンロッド１６側から下部ピストン９８とシリンダボア１２（図１参照）との間に潤滑油を供給するピストン給油通路１００を形成した組立体である。
【００３３】
上部ピストン９１は、円板状とした冠部９０と、この冠部９０の縁から下方に延ばした筒状で厚肉としたランド部１０１と、前述の突出部９４とを一体成形した部材である。
冠部９０は、燃焼室３７（図１参照）に臨む平坦な冠面１０４を備える。
ランド部１０１は、冠面１０４側から順に、トップランド１０６、トップリング溝１０７、セカンドランド１０８、セカンドリング溝１１１、サードランド１１２及びオイルリング溝１１３を設けた部分であり、トップリング溝１０７にトップリング（不図示）を嵌め、セカンドリング溝１１１にセカンドリング（不図示）を嵌め、オイルリング溝１１３にオイルリング（不図示）を嵌める。
【００３４】
突出部９４は、上部保持部材９６をピストン１３の半径方向に移動可能に収納する凹部１１５と、この凹部１１５の開口部１１６側に近い外周面１１７に形成したおねじ１１８とを備え、凹部１１５は、底部１２１に小凹部１２２を形成した部分である。
【００３５】
上部保持部材９６は、耐熱性、耐摩耗性に優れた窒化ケイ素系セラミックス製であり、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第１球面１２５と、上部ピストン９１の小凹部１２２内に位置する小凸部１２６とを備え、凹部１１５の内周面１２７と上部保持部材９６の外周面１２８とは片側にそれぞれ隙間Ｃを有し、同様に、小凹部１２２と小凸部１２６との間にも片側にそれぞれ隙間Ｃ（不図示）を有する。この隙間Ｃは凹部１１５の内周面１２７とコンロッド１６の小端部２４との間にも片側にそれぞれ有する。
上記の窒化ケイ素系セラミックスとしては、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）が好適である。
【００３６】
下部保持部材９７は、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第２球面１３１と、下部ピストン９８に嵌合する外周面１３２及びおすテーパ部１３３と、上部ピストン９１の突出部９４の端面９４ａに当接する当接面１３４とを備える４分割とした窒化ケイ素系セラミックス（上に上げた材料が好適である。）製の部材であり、回り止め用ピン（不図示）で上部ピストン９１の突出部９４に対して回転しないようにするとともに、コンロッド１６のロッド部２６に当てる被案内面を設けることでピストン１３をコンロッド１６に対して回転しないようにする部材でもある。なお、９７ａ〜９７ｄ（９７ｃ，９７ｄは不図示）は、下部保持部材９７を構成する４つの分割体である。
【００３７】
下部ピストン９８は、上部ピストン９１の突出部９４の下部及び下部保持部材９７を囲むように配置した筒部１３５と、この筒部１３５から放射状に延ばした複数のリブ１３６と、これらのリブ１３６の各先端に連結した円筒状の下部スカート部１３７とを一体成形した部材であり、全周に備える下部スカート部１３７の上端面１３７ａを上部ピストン９１のランド部１０１の下端面１０１ａに当てた部材である。
【００３８】
筒部１３５は、穴部１３８に、下部保持部材９７のおすテーパ部１３３に密着させためすテーパ部１４１と、下部保持部材９７の外周面１３２に所定の隙間を有して嵌合する内周面１４２と、上部ピストン９１のおねじ１１８にねじ結合するために内周面１４２の上部に形成しためねじ１４３とを備える。
【００３９】
下部スカート部１３７は、外周面１３７ｂに環状溝１３７ｃを形成した部分であり、環状溝１３７ｃは、底面１３７ｄと、この底面１３７ｄの両縁からそれぞれ外周面１３７ｂへ広がるように延ばした上テーパ面１３７ｅ及び下テーパ面１３７ｆとからなる。
【００４０】
おすテーパ部１３３とめすテーパ部１４１とは、嵌合させることにより筒部１３５の軸線に対して下部保持部材９７の軸線を一致させることが可能な部分である。
上記した上部ピストン９１のおねじ１１８及び下部ピストン９８のめねじ１４３は、ねじ結合部１４４を構成する部分である。
【００４１】
上部ピストン９１と下部ピストン９８とは、それらの質量をほぼ同一とした部材であり、上部保持部材９６と下部保持部材９７との質量をほぼ同一としているから、上部ピストン９１及び上部保持部材９６からなる上部ピストン半体１４５Ａの質量と、下部ピストン９８及び下部保持部材９７からなる下部ピストン半体１４５Ｂの質量とはほぼ同一となる。
【００４２】
コンロッド１６は、ロッド部２６の内部に軽量化のための中空部１４６，７７，１４８を設けた部材であり、大端部２５（図１参照）側から球面継手１４の滑り面にオイルを供給するために先端側油路７８、複数の分岐油路７９を設けたものである。
【００４３】
上記した突出部９４、上部保持部材９６、下部保持部材９７、筒部１３５及び小端部２４は、上記した球面継手１４を構成する部分である。
１５７は球状の小端部２４の中心を示す中心点であり、ピストン１３の重心でもあるが、中心点１５７をピストン１３の重心にほぼ一致させてもよい。
１５８はピストン１３の軸線である。１５９は中心点１５７を通り且つ軸線１５８に直交する平面に含まれる直線である。
【００４４】
ピストン給油通路１００は、上部ピストン９１の突出部９４に開けた複数の第１横油路１６１と、下部ピストン９８の筒部１３５、リブ１３６及び下部スカート部１３７を貫通させた複数の第２横油路１６２とからなり、一端を凹部１１５に開口し、他端を環状溝１３７ｃに開口させたものである。なお、１６２ａは第２横油路１６２の環状溝１３７ｃに開口する吐出口である。
【００４５】
ピストン給油通路１００の位置、即ち、冠面１０４からの高さＧＨは、ピストン１３のコンプレッションハイトＣＨ（トップランド１０６の上端（即ち、冠面１０４に一致する。）から球状の小端部２４の中心点１５７までの距離である。）にほぼ等しく、環状溝１３７ｃは、上テーパ面１３７ｅの上端を、ピストン給油通路１００の中心線１６４から高さＨ１の位置に設け、下テーパ面１３７ｆの下端を中心線１６４から高さＨ２の位置に設け、上テーパ面１３７ｅの傾き角をθ１、下テーパ面１３７ｆの傾き角をθ２とした部分である。上記の高さＨ１，Ｈ２は、Ｈ１＝Ｈ２の関係にあり、傾き角θ１，θ２は、θ１＝θ２の関係にある。以上より、環状溝１３７ｃ（の高さ方向の中央）の冠面１０４からの高さは、コンプレッションハイトＣＨにほぼ等しい。
【００４６】
図５は本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図（一部断面図）であり、下部ピストン９８は、筒部１３５と下部スカート部１３７とを連結する複数のリブ１３６を備え、各リブ１３６に第２横油路１６２を形成したものである。
【００４７】
ここでは、隣り合うリブ１３６のなす角度θを皆等しくしたが、これに限らず、隣り合うリブ１３６のなす角度を、スラスト側と反スラスト側とで異ならせてもよいし、あるいは、スラスト−反スラスト方向に直交する方向、例えば、クランクシャフトを車両前後方向に延ばした内燃機関ではフロント−リヤ方向のフロント側とリヤ側とで異ならせてもよい。また、このようなリブ１３６に相当するものを上部ピストン９１（図３参照）に設けてもよく、これにより、上部ピストン９１の冠部９０（図３参照）に発生する応力を各リブ１３６へ均等に分散することができ、上部ピストン９１に発生する応力の最大値を低くすることができる。
【００４８】
コンロッド１６は、小端部２４（図３参照）に近いロッド部２６の側面２６ａ，２６ａに、平坦で且つコンロッド１６がスイング（揺動）する方向（図の左右方向である。）に平行な案内面２６ｂ、２６ｂをそれぞれ形成したものであり、下部保持部材９７（形状の理解を容易にするために太線で示した部分である。）は、コンロッド１６を通すために設けた矩形状開口部９７ｅに各分割体９７ａ〜９７ｄ毎に、上記の案内面２６ｂ，２６ｂに当たりながら案内される被案内面９７ｆを設けたものである。
【００４９】
上記したように、コンロッド１６に案内面２６ｂ、２６ｂを設け、下部保持部材９７に案内面２６ｂ，２６ｂに案内される複数の被案内面９７ｆを設けたことで、コンロッド１６に対してピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防ぐことができる。
【００５０】
以上に述べたピストン１３の作用を図６〜図８で説明する。
図６は本発明に係るピストンの作用を示す第１作用図である。
潤滑油は、内燃機関の運転中は常時、シリンダブロック内からクランクシャフト給油通路７０（図２参照）、コンロッド給油通路７５（図２参照）及びピストン給油通路１００を介して下部ピストン９８の環状溝１３７ｃに矢印のように強制的に供給される。
【００５１】
このように、環状溝１３７ｃに潤滑油が供給されると、環状溝１３７ｃ内の潤滑油は、上テーパ面１３７ｅ側の下部スカート部１３７とシリンダボア１２との上隙間１６５と、下テーパ面１３７ｆ側の下部スカート部１３７とシリンダボア１２との下隙間１６６との間に流れ、油膜を形成する。
【００５２】
従って、例えば、ピストン１３が上死点、下死点、あるいは、これらの近傍に位置する場合のようなピストン速度が小さい位置でも、下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間の油膜形成を促進させることができ、十分な厚さの油膜を形成することができる。
【００５３】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンの作用を示す第２作用図である。
（ａ）において、白抜き矢印で示すように、ピストンが上死点側から下死点側へ移動中には、ピストン給油通路１００を介して下部ピストン９８の環状溝１３７ｃに供給された潤滑油は、上テーパ面１３７ｅのくさび形作用によって油路が次第に絞られ、ピストン速度が大きいほど上隙間１６５内の油圧が大きくなって十分な厚さの油膜が形成される。
【００５４】
（ｂ）において、白抜き矢印で示すように、ピストンが下死点側から上死点側へ移動中には、ピストン給油通路１００を介して下部ピストン９８の環状溝１３７ｃに供給された潤滑油は、下テーパ面１３６ｆのくさび形作用によって油路が次第に絞られ、ピストン速度が大きいほど下隙間１６６内の油圧が大きくなって十分な厚さの油膜が形成される。
【００５５】
図８は本発明に係るピストンの作用を示す第３作用図である。
環状溝１３７ｃをピストン１３のコンプレッションハイトとほぼ同等の位置に設け、ピストン１３がシリンダボア１２内を移動中に、コンロッド給油通路７５、凹部１１５内、ピストン給油通路１００、環状溝１３７ｃを介してピストン１３とシリンダボア１２との間の隙間に潤滑油を供給することで、例えば、環状溝をコンロッド１６の小端部２４の中心点１５７よりも大きく下方又は大きく上方に設けた場合よりも、本発明では、ピストン１３とシリンダボア１２との隙間のピストン上部側とピストン下部側とに一層均等に潤滑油を流すことができ、更に、環状溝１３７ｃに潤滑油を供給する給油通路をピストン１３に設けているから、ピストン１３の全行程のどの位置においても、ピストン上部側とピストン下部側とのそれぞれの隙間にほぼ均等に潤滑油を供給することができる。
従って、ピストン１３の首振りを抑えることができ、ピストン１３とシリンダボア１２との衝突により発生するピストン打音（スラップ音を含む。）を防止することができる。
【００５６】
以上の図１及び図４に示したように、本発明は第１に、コンロッド１６に連結するとともに内燃機関１０のシリンダボア１２内に移動自在に挿入したピストン１３であって、このピストン１３の下部スカート部１３７の外周面１３７ｂの周方向に環状の凹部としての環状溝１３７ｃを設け、この環状溝１３７ｃを、底面１３７ｄと、この底面１３７ｄの両縁からそれぞれ広がるように立上げた２つの傾斜面としての上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆとから構成し、底面１３７ｄにコンロッド１６側からコンロッド給油通路７５、ピストン給油通路１００を介して供給される潤滑油の吐出口１６２ａを開口させたことを特徴とする。
【００５７】
下部スカート部１３７の外周面１３７ｂの環状溝１３７ｃに２つの上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆを備えるので、２つの上テーパ面１３７ｅ、下テーパ面１３７ｆのくさび形作用によって、ピストン１３が大きな速度で上死点側、あるいは下死点側に移動中に下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間の油膜形成を促進することができるとともに、環状溝１３７ｃの底面１３７ｄに潤滑油の吐出口１６２ａを備えることによって、潤滑油を吐出口１６２ａから吐出させることで、ピストン１３が上死点又は下死点、あるいは、その近傍でピストン速度が小さいときにも下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間の油膜形成を強制的に行うことができる。
【００５８】
従って、ピストン１３の全行程のどの位置においても、下部スカート部１３７とシリンダボア１２との間に安定して十分な厚さの油膜形成を行うことができ、摩擦係数を常に小さく維持することができて、内燃機関１０の出力向上、燃料消費低減を図ることができ、更には、十分な潤滑油による下部スカート部１３７及びシリンダボア１２の焼き付きを防止することができる。
【００５９】
本発明は第２に、環状溝１３７ｃを、トップランド１０６の上端からの高さＧＨが、コンプレッションハイトＣＨと概ね一致するようにしたことを特徴とする。
環状溝１３７ｃの高さＧＨをコンプレッションハイトＣＨと概ね一致するようにしたので、ピストン１３が移動中のどの位置にあっても、環状溝１３７ｃの吐出口１６２ａから下部スカート部１３７とシリンダボア１２との隙間のピストン上部側とピストン下部側とにほぼ均等に潤滑油を供給することができ、ピストン１３の首振りを抑えることができて、スラップ音を低減することができる。
【００６０】
尚、本実施形態では、図４に示したように、環状溝１３７ｃの高さＨ１と高さＨ２とを同一としたが、これに限らず、高さＨ１と高さＨ２とを異ならせてもよい。また、傾き角θ１と傾き角θ２とを同一としたが、これに限らず、傾き角θ１と傾き角θ２とを異ならせてもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、図４に示したように、環状溝１３７ｃを下部ピストン９８に設けたが、これに限らず、上部ピストン９１にスカート部を設け、このスカート部に環状溝を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のピストンは、二輪車、四輪車の内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るピストンを備える内燃機関の断面図である。
【図２】本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトとの連結構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図である。
【図５】本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図である。
【図６】本発明に係るピストンの作用を示す第１作用図である。
【図７】本発明に係るピストンの作用を示す第２作用図である。
【図８】本発明に係るピストンの作用を示す第３作用図である。
【図９】従来の内燃機関用ピストンの説明図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の要部断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…内燃機関、１３…ピストン、１６…コンロッド、２１…シリンダ部、７０，７５，１００…給油通路（クランクシャフト給油通路、コンロッド給油通路、ピストン給油通路）、１３７…スカート部（下部スカート部）、１３７ｂ…外周面、１３７ｃ…凹部（環状溝）、１３７ｄ…底面、１３７ｅ，１３７ｆ…傾斜面（上テーパ面、下テーパ面）、１５７…ピストンとコンロッドとの連結部の中心（小端部の中心点）、１５８…ピストンの軸線、１５９…直線、１６２ａ…吐出口、ＣＨ…ピストンのコンプレッションハイト、ＧＨ…凹部の位置（環状溝の高さ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンロッドに連結するとともに内燃機関のシリンダ内に移動自在に挿入したピストンであって、
このピストンは、スカート部外周面の周方向に環状の凹部が設けられ、
この凹部は、底面と、この底面の両縁からそれぞれ広がるように立上げた２つの傾斜面とからなり、
前記底面に前記コンロッド側から給油通路を介して供給される潤滑油の吐出口を開口させたことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記凹部は、トップランド上端からの高さが、コンプレッションハイトと概ね一致することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピストン。
【請求項１】
コンロッドに連結するとともに内燃機関のシリンダ内に移動自在に挿入したピストンであって、
このピストンは、スカート部外周面の周方向に環状の凹部が設けられ、
この凹部は、底面と、この底面の両縁からそれぞれ広がるように立上げた２つの傾斜面とからなり、
前記底面に前記コンロッド側から給油通路を介して供給される潤滑油の吐出口を開口させたことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記凹部は、トップランド上端からの高さが、コンプレッションハイトと概ね一致することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピストン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２７４８６０（Ｐ２００６−２７４８６０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９２７７７（Ｐ２００５−９２７７７）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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