２サイクルエンジンのピストン
【目的】 ２サイクルエンジンにおいて、ピストン側及びシリンダ側の変則的な熱膨張に対して、限界クリアランスを大きくすることなく、対処できるようにすることにより、ピストンの摺動性能及びシール性能を向上させることである。
【構成】 ピストン２の外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダ１の排気ポート１０の円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、逃げ代２０を形成していることを特徴とする２サイクルエンジンのピストンである。
【構成】 ピストン２の外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダ１の排気ポート１０の円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、逃げ代２０を形成していることを特徴とする２サイクルエンジンのピストンである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、２サイクルエンジンのピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１及び図２は、２サイクルエンジンの要部を示しており、通常、シリンダ１の内面１ａは真円に形成されているが、ピストン２の外周側面の形状、すなわち、シリンダ中心線Ｃと直交する断面形状は、従来、図６に示すように、ピストンピン方向（Ｙ軸方向）を短径Ｄ2 とし、前後方向（Ｘ軸方向）を長径Ｄ1 とする楕円（Ｓ0 ）形に形成されている。先行技術として実公昭51-20327号がある。
【０００３】このように楕円形とする理由は、運転時におけるピストン２の熱膨張量が、Ｙ軸方向のピストンピン方向と、これと直角のＸ軸方向とで異なり、ピストンピン方向の熱膨張量の方が大きいからである。
【０００４】すなわち、図２のように、ピストンピン方向の両端部には、ピストンピンボス３が形成されており、エンジン運転時の燃焼熱は、該ピストンピンボス３の肉部分によく溜まり、該部分の熱膨張量が大きくなるためであり、これらを考慮して図６のように、非加熱時の形状を楕円ＳO にすることにより、熱膨張時に略真円となるようにしているのである。
【０００５】ところが、図２において、シリンダ１の熱膨張を考えると、シリンダ内面１ａのうち、主排気ポート１０の周囲壁部分の温度上昇が激しく、特に、主排気ポート１０の円周方向両側に副排気ポート１１を備えている場合には、両排気ポート１０，１１間の各リブ１３の熱膨張により、該リブ１３は、他の部分に比べてシリンダ内方へ張り出し、ピストン２とシリンダ内面１ａとの当たりが非常にきつくなり、性能低下をもたらす。
【０００６】この対策として、ピストン２とシリンダ１間の限界クリアランスを大きめに設定せざるを得ず、そうすると、ピストン２とシリンダ内面１ａとのシールが甘くなり、機関性能の向上が図れなくなる。
【０００７】本願発明の目的は、エンジン運転時におけるピストン側及びシリンダ側の変則的な熱膨張に対して、限界クリアランスを大きくすることなく、それに対処できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明は、ピストンの外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、シリンダ中心側への逃げ代を形成していることを特徴とする２サイクルエンジンのピストンである。
【０００９】
【作用】エンジン運転時において、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分が、熱膨張により他の部分に比べてシリンダ内方側へと張り出すが、上記壁部分に対応するピストン外周側面部分には逃げ代を形成しているので、両者の当たりがきつくなることはない。
【００１０】また、ピストンの膨張については、ピストンピン方向が、これと直交する方向よりも膨張量が大きくなるが、予め、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小としているので、熱膨張により、真円に近くなり、シール性能が向上する。
【００１１】
【実施例】図１及び図２は、小形二輪車用の２サイクルエンジンの要部を示しており、このような２サイクルエンジンのシリンダ１に、本願発明にかかるピストン２が嵌合している。図中、Ｃは、シリンダ中心線、Ｙ軸は、シリンダ中心線Ｃと直交し、ピストンピン５の方向と一致する座標軸、Ｘ軸は、シリンダ中心線Ｃ及び上記Ｙ軸と直交する座標軸である。該実施例では、上記Ｘ軸方向を前後方向とし、Ｙ軸方向を左右方向と設定している。なお、図１及び図２には、コンロッドは図示していない。
【００１２】図２において、ピストン２の左右両端部には、ピストンピンボス３が一体に形成され、該ピストンピンボス３に、左右方向に延びるピストンピン５が回動自在に嵌合し、ストッパリングにより脱落不能に係止されている。ピストン２の頂壁部分の側面には、図１のようにリング溝７が形成され、該リング溝７には、ピストンリング８が嵌着されている。
【００１３】図２に示すシリンダ内面１ａの前端部には、Ｘ軸に対して左右対称形状の主排気ポート１０が開口し、該主排気ポート１０の左右両側には、Ｘ軸に対して対称位置に１対の副排気ポート１１が開口している。主排気ポート１０と各副排気ポート１１との間には、リブ１３が形成されており、該リブ１３は、シリンダ内面１ａの一部を構成している。
【００１４】また、シリンダ内面１ａには、上記主排気ポート１０とは異なる高さに、第１，第２，第３掃気ポート１５，１６，１７が形成されている。第１掃気ポート１５は、左右両側部分の前半部に左右１対形成され、第２掃気ポート１６は、左右両側部分の後半部に左右１対形成され、第３掃気ポート１７は後面に形成されている。
【００１５】シリンダ内面１ａは真円に形成されており、これに対して、ピストン２の外周側面は、前記両リブ１３に対応する部分に逃げ代を有するように、本願発明にしたがって次のように形成されている。
【００１６】図３は、図１のピストンピン５とリング溝７との間の部分の水平断面（III−III断面）に相当するピストン外周側面形状を示しているが、本願発明の理解を容易にするために、その凹凸を誇張して表現してある。この図３において、外周側面形状は、実線で示すように、２つの楕円Ｓ1 ，Ｓ2 の組み合わせ形状となっており、これにより、両リブ１３に対応する箇所に凹部状の逃げ代２０を形成している。また、上記両逃げ代２０とＹ軸に対して対称な位置にも同様な凹部２１ができている。
【００１７】第１の楕円Ｓ1 は、Ｘ軸方向に長径Ｄ1 を有し、Ｙ軸方向に短径Ｄ3 を有しており、一方、第２の楕円Ｓ2 は、Ｙ軸方向に長径Ｄ2 を有し、Ｘ軸方向に短径Ｄ4 を有している。第１の楕円Ｓ1 のＸ軸方向の長径Ｄ1 は、前記従来例の楕円（仮想線）Ｓ0 のＸ軸方向の長径に一致し、第２の楕円Ｓ2 のＹ軸方向の長径Ｄ2は、第１の楕円Ｓ1 の長径Ｄ1 よりも小さくて、前記従来例の楕円（仮想線）Ｓ0 のＹ軸方向の短径に一致している。すなわち、本願のピストンの外周側面形状は、仮想線で示す従来例の楕円Ｓ0 から斜線で示す逃げ代２０及び凹部２１の領域を削り落とした形状になっている。
【００１８】上記楕円Ｓ1,Ｓ2 の寸法は、ピストン下端縁からの高さによって変化させてあり、その変化の一例を図５に示す。図５において、縦軸はピストンの下端縁からの高さを示し、横軸は、シリンダ内面１ａとピストン外周側面との間のクリアランスの変化を示している。
【００１９】Ｈ1 は、ピストン上端縁、区間Ｈ2 は、リング溝７の範囲、Ｈ3 は、ピストンピン孔中心の位置である。グラフＦ(P1)は、ピストン前後端縁Ｐ1 （図３）のクリアランスの変化、グラフＦ（P2) は、ピストン左右左端縁Ｐ2 （図３）のクリアランスの変化、グラフＦ(P3)は、図３のＹ軸（ピストンピン）に対してθ＝４５°方向の端縁Ｐ3 のクリアランスの変化を示している。
【００２０】図５から理解できるように、ピストン下端縁から上方にいくに従い各部のクリアランスは大きくなるように形成されている。いいかえると、ピストン下端縁から上方にいくに従い、図３の第１，第２楕円Ｓ1，Ｓ2の長径Ｄ1 ，Ｄ2 が、Ｄ1＞Ｄ2 の関係を保ちながら小さくなっていくように形成され、図５のリング溝範囲Ｈ2 の下端近傍で、Ｆ(P1) 、Ｆ（P2) 及びＦ(P3) が一致して、それより上方は真円となっている。
【００２１】そしてピストンピン４５°方向端縁の変化Ｆ(P3)については、仮想線で示す従来例Ｆ(P5)に比べて、大きなクリアランスが確保されている。なお、図３において、逃げ代２０で最も深い箇所となる両楕円の交点Ｐ4 は、上記４５°方向端縁Ｐ3 の近傍に位置している。
【００２２】次に作用を説明する。エンジンの運転により、ピストン２及びシリンダ１は温度上昇し、熱膨張する。ピストン２は、前述のように左右両端部にピストンピンボス３が形成されていることにより、前後両端部に比べてその熱膨張量は大きく、したがって、ピストン全体としては、熱膨張により、概ね真円に近づく。
【００２３】一方、シリンダの内面１ａは、排気熱により、排気ポート周囲の壁部分の温度上昇が激しく、特に、両排気ポート１０，１１で挟まれたリブ１３は、温度上昇が顕著で、熱膨張によりシリンダ内方側へと張り出す。しかし、ピストン２の外周側面には、上記リブ１３により略対応する箇所に逃げ代２０を形成しているので、これにより、限界クリアランスを大きくとることなく、ピストン２とリブ１３とのきつい当たりを避けることができる。
【００２４】なお、上記実施例では、２つの楕円Ｓ1,Ｓ2 を組み合わせることによって、凹部状の逃げ代を形成しているので、ピストンの設計及び製造が容易である。
【００２５】
【別の実施例】
（１）両楕円Ｓ1,Ｓ2 のそれぞれの長短径比を各種調整することにより、各種大きさの排気ポートの円周方向両端の位置に合わせて、逃げ代を形成することができる。
【００２６】（２）図４は、第２の楕円の代わりに、真円Ｓ3 を組み合わせた例である。この場合、ピストンピン（Ｙ軸）に対して角度θ＝４５°方向の端点Ｐ3 は、図５のようなグラフにおいて、左右の端点Ｐ2 のグラフＦ(P2)と重なることになる。
【００２７】（３）排気ポートの円周方向両端部分に対応する箇所のみに逃げ代用の凹部を形成することも可能である。また、副排気ポートを有しない２サイクルエンジンのピストンにも適用できる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本願発明によると、ピストンの外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、逃げ代を形成しているので、ピストンピン方向の膨張量が大きくなる変則的なピストンの膨張に対して、膨張時の形状を真円に近づけることができると共に、シリンダの排気ポートの円周方向両端壁部分のシリンダ内方側への熱膨張に対して、限界クリアランスを大きくすることなく、きつい当たりを避けることができる。すなわち、スラップ音を減少させると同時に、ピストンの摺動性能及びシール性能の向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本願発明が適用される２サイクルエンジンの縦断面部分図である。
【図２】 図１のII−II断面図である。
【図３】 本願発明を適用したピストンの外周側面形状のみを誇張して示す水平断面図である。
【図４】 別の実施例であって、図３と同様の水平断面図である。
【図５】 ピストンの高さに対する外周径の変化を示すグラフである。
【図６】 従来のピストンの外周側面形状のみを誇張して示す水平断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ピストン
３ ピストンピンボス
５ ピストンピン
１０ 排気ポート
１３ リブ
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、２サイクルエンジンのピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１及び図２は、２サイクルエンジンの要部を示しており、通常、シリンダ１の内面１ａは真円に形成されているが、ピストン２の外周側面の形状、すなわち、シリンダ中心線Ｃと直交する断面形状は、従来、図６に示すように、ピストンピン方向（Ｙ軸方向）を短径Ｄ2 とし、前後方向（Ｘ軸方向）を長径Ｄ1 とする楕円（Ｓ0 ）形に形成されている。先行技術として実公昭51-20327号がある。
【０００３】このように楕円形とする理由は、運転時におけるピストン２の熱膨張量が、Ｙ軸方向のピストンピン方向と、これと直角のＸ軸方向とで異なり、ピストンピン方向の熱膨張量の方が大きいからである。
【０００４】すなわち、図２のように、ピストンピン方向の両端部には、ピストンピンボス３が形成されており、エンジン運転時の燃焼熱は、該ピストンピンボス３の肉部分によく溜まり、該部分の熱膨張量が大きくなるためであり、これらを考慮して図６のように、非加熱時の形状を楕円ＳO にすることにより、熱膨張時に略真円となるようにしているのである。
【０００５】ところが、図２において、シリンダ１の熱膨張を考えると、シリンダ内面１ａのうち、主排気ポート１０の周囲壁部分の温度上昇が激しく、特に、主排気ポート１０の円周方向両側に副排気ポート１１を備えている場合には、両排気ポート１０，１１間の各リブ１３の熱膨張により、該リブ１３は、他の部分に比べてシリンダ内方へ張り出し、ピストン２とシリンダ内面１ａとの当たりが非常にきつくなり、性能低下をもたらす。
【０００６】この対策として、ピストン２とシリンダ１間の限界クリアランスを大きめに設定せざるを得ず、そうすると、ピストン２とシリンダ内面１ａとのシールが甘くなり、機関性能の向上が図れなくなる。
【０００７】本願発明の目的は、エンジン運転時におけるピストン側及びシリンダ側の変則的な熱膨張に対して、限界クリアランスを大きくすることなく、それに対処できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明は、ピストンの外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、シリンダ中心側への逃げ代を形成していることを特徴とする２サイクルエンジンのピストンである。
【０００９】
【作用】エンジン運転時において、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分が、熱膨張により他の部分に比べてシリンダ内方側へと張り出すが、上記壁部分に対応するピストン外周側面部分には逃げ代を形成しているので、両者の当たりがきつくなることはない。
【００１０】また、ピストンの膨張については、ピストンピン方向が、これと直交する方向よりも膨張量が大きくなるが、予め、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小としているので、熱膨張により、真円に近くなり、シール性能が向上する。
【００１１】
【実施例】図１及び図２は、小形二輪車用の２サイクルエンジンの要部を示しており、このような２サイクルエンジンのシリンダ１に、本願発明にかかるピストン２が嵌合している。図中、Ｃは、シリンダ中心線、Ｙ軸は、シリンダ中心線Ｃと直交し、ピストンピン５の方向と一致する座標軸、Ｘ軸は、シリンダ中心線Ｃ及び上記Ｙ軸と直交する座標軸である。該実施例では、上記Ｘ軸方向を前後方向とし、Ｙ軸方向を左右方向と設定している。なお、図１及び図２には、コンロッドは図示していない。
【００１２】図２において、ピストン２の左右両端部には、ピストンピンボス３が一体に形成され、該ピストンピンボス３に、左右方向に延びるピストンピン５が回動自在に嵌合し、ストッパリングにより脱落不能に係止されている。ピストン２の頂壁部分の側面には、図１のようにリング溝７が形成され、該リング溝７には、ピストンリング８が嵌着されている。
【００１３】図２に示すシリンダ内面１ａの前端部には、Ｘ軸に対して左右対称形状の主排気ポート１０が開口し、該主排気ポート１０の左右両側には、Ｘ軸に対して対称位置に１対の副排気ポート１１が開口している。主排気ポート１０と各副排気ポート１１との間には、リブ１３が形成されており、該リブ１３は、シリンダ内面１ａの一部を構成している。
【００１４】また、シリンダ内面１ａには、上記主排気ポート１０とは異なる高さに、第１，第２，第３掃気ポート１５，１６，１７が形成されている。第１掃気ポート１５は、左右両側部分の前半部に左右１対形成され、第２掃気ポート１６は、左右両側部分の後半部に左右１対形成され、第３掃気ポート１７は後面に形成されている。
【００１５】シリンダ内面１ａは真円に形成されており、これに対して、ピストン２の外周側面は、前記両リブ１３に対応する部分に逃げ代を有するように、本願発明にしたがって次のように形成されている。
【００１６】図３は、図１のピストンピン５とリング溝７との間の部分の水平断面（III−III断面）に相当するピストン外周側面形状を示しているが、本願発明の理解を容易にするために、その凹凸を誇張して表現してある。この図３において、外周側面形状は、実線で示すように、２つの楕円Ｓ1 ，Ｓ2 の組み合わせ形状となっており、これにより、両リブ１３に対応する箇所に凹部状の逃げ代２０を形成している。また、上記両逃げ代２０とＹ軸に対して対称な位置にも同様な凹部２１ができている。
【００１７】第１の楕円Ｓ1 は、Ｘ軸方向に長径Ｄ1 を有し、Ｙ軸方向に短径Ｄ3 を有しており、一方、第２の楕円Ｓ2 は、Ｙ軸方向に長径Ｄ2 を有し、Ｘ軸方向に短径Ｄ4 を有している。第１の楕円Ｓ1 のＸ軸方向の長径Ｄ1 は、前記従来例の楕円（仮想線）Ｓ0 のＸ軸方向の長径に一致し、第２の楕円Ｓ2 のＹ軸方向の長径Ｄ2は、第１の楕円Ｓ1 の長径Ｄ1 よりも小さくて、前記従来例の楕円（仮想線）Ｓ0 のＹ軸方向の短径に一致している。すなわち、本願のピストンの外周側面形状は、仮想線で示す従来例の楕円Ｓ0 から斜線で示す逃げ代２０及び凹部２１の領域を削り落とした形状になっている。
【００１８】上記楕円Ｓ1,Ｓ2 の寸法は、ピストン下端縁からの高さによって変化させてあり、その変化の一例を図５に示す。図５において、縦軸はピストンの下端縁からの高さを示し、横軸は、シリンダ内面１ａとピストン外周側面との間のクリアランスの変化を示している。
【００１９】Ｈ1 は、ピストン上端縁、区間Ｈ2 は、リング溝７の範囲、Ｈ3 は、ピストンピン孔中心の位置である。グラフＦ(P1)は、ピストン前後端縁Ｐ1 （図３）のクリアランスの変化、グラフＦ（P2) は、ピストン左右左端縁Ｐ2 （図３）のクリアランスの変化、グラフＦ(P3)は、図３のＹ軸（ピストンピン）に対してθ＝４５°方向の端縁Ｐ3 のクリアランスの変化を示している。
【００２０】図５から理解できるように、ピストン下端縁から上方にいくに従い各部のクリアランスは大きくなるように形成されている。いいかえると、ピストン下端縁から上方にいくに従い、図３の第１，第２楕円Ｓ1，Ｓ2の長径Ｄ1 ，Ｄ2 が、Ｄ1＞Ｄ2 の関係を保ちながら小さくなっていくように形成され、図５のリング溝範囲Ｈ2 の下端近傍で、Ｆ(P1) 、Ｆ（P2) 及びＦ(P3) が一致して、それより上方は真円となっている。
【００２１】そしてピストンピン４５°方向端縁の変化Ｆ(P3)については、仮想線で示す従来例Ｆ(P5)に比べて、大きなクリアランスが確保されている。なお、図３において、逃げ代２０で最も深い箇所となる両楕円の交点Ｐ4 は、上記４５°方向端縁Ｐ3 の近傍に位置している。
【００２２】次に作用を説明する。エンジンの運転により、ピストン２及びシリンダ１は温度上昇し、熱膨張する。ピストン２は、前述のように左右両端部にピストンピンボス３が形成されていることにより、前後両端部に比べてその熱膨張量は大きく、したがって、ピストン全体としては、熱膨張により、概ね真円に近づく。
【００２３】一方、シリンダの内面１ａは、排気熱により、排気ポート周囲の壁部分の温度上昇が激しく、特に、両排気ポート１０，１１で挟まれたリブ１３は、温度上昇が顕著で、熱膨張によりシリンダ内方側へと張り出す。しかし、ピストン２の外周側面には、上記リブ１３により略対応する箇所に逃げ代２０を形成しているので、これにより、限界クリアランスを大きくとることなく、ピストン２とリブ１３とのきつい当たりを避けることができる。
【００２４】なお、上記実施例では、２つの楕円Ｓ1,Ｓ2 を組み合わせることによって、凹部状の逃げ代を形成しているので、ピストンの設計及び製造が容易である。
【００２５】
【別の実施例】
（１）両楕円Ｓ1,Ｓ2 のそれぞれの長短径比を各種調整することにより、各種大きさの排気ポートの円周方向両端の位置に合わせて、逃げ代を形成することができる。
【００２６】（２）図４は、第２の楕円の代わりに、真円Ｓ3 を組み合わせた例である。この場合、ピストンピン（Ｙ軸）に対して角度θ＝４５°方向の端点Ｐ3 は、図５のようなグラフにおいて、左右の端点Ｐ2 のグラフＦ(P2)と重なることになる。
【００２７】（３）排気ポートの円周方向両端部分に対応する箇所のみに逃げ代用の凹部を形成することも可能である。また、副排気ポートを有しない２サイクルエンジンのピストンにも適用できる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本願発明によると、ピストンの外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、逃げ代を形成しているので、ピストンピン方向の膨張量が大きくなる変則的なピストンの膨張に対して、膨張時の形状を真円に近づけることができると共に、シリンダの排気ポートの円周方向両端壁部分のシリンダ内方側への熱膨張に対して、限界クリアランスを大きくすることなく、きつい当たりを避けることができる。すなわち、スラップ音を減少させると同時に、ピストンの摺動性能及びシール性能の向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本願発明が適用される２サイクルエンジンの縦断面部分図である。
【図２】 図１のII−II断面図である。
【図３】 本願発明を適用したピストンの外周側面形状のみを誇張して示す水平断面図である。
【図４】 別の実施例であって、図３と同様の水平断面図である。
【図５】 ピストンの高さに対する外周径の変化を示すグラフである。
【図６】 従来のピストンの外周側面形状のみを誇張して示す水平断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ピストン
３ ピストンピンボス
５ ピストンピン
１０ 排気ポート
１３ リブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ピストンの外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、逃げ代を形成していることを特徴とする２サイクルエンジンのピストン。
【請求項１】 ピストンの外周側面のうち、ピストンピン方向の径を、これと直交する方向の径よりも小とし、シリンダの排気ポートの円周方向の両端壁部分に概ね対応する部分に、逃げ代を形成していることを特徴とする２サイクルエンジンのピストン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【公開番号】特開平６−２２９３１６
【公開日】平成６年（１９９４）８月１６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−１６２０６
【出願日】平成５年（１９９３）２月３日
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【公開日】平成６年（１９９４）８月１６日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）２月３日
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
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