JP2004308568A

JP2004308568A - 内燃機関のピストン

Info

Publication number: JP2004308568A
Application number: JP2003103856A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Akasaka; 裕三赤坂
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】ピストンリングの内周面とリング溝１６の溝底面１８との間のバックリアランスが大き過ぎるとピストン１０をシリンダへ組み付ける際にピストンリングがリング溝１８から外れるおそれがあり、バッククリアランスが小さすぎると、内燃機関の実動時にピストンリングの内周面とリング溝１６の溝底面１８とが干渉するおそれがある。
【解決手段】ピストン１０の外周に、ピストンリングが嵌合するリング溝１６を凹設する。このリング溝１６の溝底面１８を、ピストン軸方向視で、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２に長い楕円形状とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に用いられる内燃機関のピストンに関し、特に、ピストンリングが嵌合するリング溝の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１等にも記載されているように、内燃機関のピストンに外周には、ピストンリングが嵌合するリング溝が凹設されている。一般的に、ピストンリングの内周面とリング溝の溝底面とはともに略真円形に設定され、両者間のバッククリアランスは全周にわたって一定の値となるように設定される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２０５５０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バッククリアランスが大き過ぎると、ピストンリングを取り付けた状態のピストンをシリンダへ組み付ける際に、ピストンリングがリング溝から飛び出してしまい、ピストンリングがシリンダボアの挿入部に引っかかる等、組み付け性の低下を招くおそれがある。
【０００５】
バッククリアランスが小さい過ぎると、内燃機関の実動時に、ピストン温度が増加し、熱膨張によりリング溝の溝底面の径が拡大した際に、ピストンリングの内周面とリング溝の溝底面とが干渉し、早期摩耗等の問題を生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、バッククリアランスに起因する組付性の低下とピストンリング−リング溝底面間の干渉との双方を有効に低減・解消し得る新規な内燃機関のピストンを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ピストン外周に、ピストンリングが嵌合するリング溝を凹設する。このリング溝の溝底面を、ピストン軸方向視で、スラスト−アンチスラスト方向に長い楕円形状とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、ピストンのシリンダへの組付作業性を損ねることなく、内燃機関の実動時におけるピストンリングとリング溝の溝底面との干渉を有効に回避することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例に係るピストン１０を示す上面図で、図２の矢視Ａに対応している。図２は、上記ピストン１０の正面図で、図１の矢視Ｂに対応している。図３は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図４は図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。図５は熱膨張によるピストン頂部の変形の様子を誇張して示しており、（ａ）が図１のＣ−Ｃ線、（ｂ）がＤ−Ｄ線に沿う断面対応図である。
【００１０】
ピストン１０は、例えば軽量かつ高強度なアルミニウム合金により一体的に形成され、下方が開口する略有底円筒状をなしており、内燃機関のシリンダ２（図５参照）内に昇降可能に嵌合・組み付けられる。このピストン１０は、ピストンピン６によりコンロッド（図示）の上端と連結されており、クランクシャフトの回転に連動してシリンダ２内を昇降する。
【００１１】
ピストン１０の頂部には、その上面に、燃焼室に臨んだピストン冠面１４が形成されるとともに、外周側のランド部２０に、ピストンリング１２が嵌合する３つのリング溝１６（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ）が凹設されている。各リング溝１６には、ピストンリング１２の内周面に対向する溝底面１８が形成されている。但し、コンプレッションリングが取り付けられるピストン上方側（図２の上側）の第１リング溝１６Ａと第２リング溝１６Ｂとは、オイルコントロールリングが取り付けられるピストン下方側の第３リング溝１６Ｃよりも全体的に浅く形成されており、溝底面１８の直径が全周にわたって小さく設定されている。
【００１２】
ピストン１０の下部には、ピストンピン６が嵌合するピン孔が形成されているとともに、ピストンピン軸方向Ｆ１と直交するスラスト−アンチスラスト方向Ｆ２の外周部分の２カ所に、ピストンスカート２２がピストン下方へ向けて延長形成されている。なお、図１にはピストンスカートが形成される周方向範囲２２Ａを図示している。
【００１３】
そして本実施例では、各リング溝１６の溝底面１８が、図１に示すピストン軸方向視で、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２に長い楕円形状に設定されている。上記の「楕円形状」とは、真円形を除く扁円形状を意味しており、長円形状等を含むものである。なお、図面上では明瞭化のためにリング溝１６の扁平度合いを誇張して描いている。
【００１４】
図３及び図４を参照して、ピストンリング１２をピストン１０に組み付けた状態で、ピストンリング１２の内周面とリング溝１６の溝底面１８との間の径方向距離をバッククリアランス２４と呼び、ピストン１０のランド部２０の外周面とピストンリング１２の外周面との間の径方向距離を飛び出し量２６と呼ぶ。上述したように、リング溝１６の溝底面１８がスラスト−アンチスラスト方向Ｆ２に長い楕円形状をなし、かつ、ピストン１０へ組み付けた状態のピストンリング１２の内・外周面がほぼ真円形をなすように設定されているため、上記のバッククリアランス２４は周方向で一定ではなく、ピストンピン軸方向Ｆ１のバッククリアランス２４ａが、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２のバッククリアランス２４ｂに比して長くなる。上記の飛び出し量２６は周方向でほぼ一定となる。
【００１５】
上記のバルブクリアランス２４が過度に大きいと、ピストンリングが取り付けられた状態のピストン１０をシリンダブロック４に形成されたシリンダ２内に傾けて挿入・組み付ける際に、ピストンリング１２がリング溝１６から飛び出してシリンダブロック４のシリンダ２開口周縁部に干渉するおそれがあり、ピストンの組付作業性に支障をきたすおそれがある。一方、バルブクリアランス２４が過度に小さいと、機関実動時に、ピストン１０の熱膨張によりリング溝１６の溝底面１８が拡大した場合に、この溝底面１８がピストンリング１２の内周面に干渉し、信頼性・耐久性の低下を招くおそれがある。
【００１６】
図５を参照して、ピストン１０の外周部の中で、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２に近い領域（ｂ）では、ピストンスカート２２が設けられており、このピストンスカート２２を経由してピストン１０からシリンダ２側へ放熱し易いため、ピストンピン軸方向Ｆ１に近い領域（ａ）に比して、熱膨張の変化が比較的少なく、バルブクリアランスは比較的小さくても良い。但し、ピストンリング１２を組み付けた状態のピストン１０をシリンダ２内に組み付ける際、ピストン１０はピストンピン６を軸としてスラスト−アンチスラスト方向Ｆ２に振れるため、組付作業性を考慮すつと、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２のバルブクリアランスは短い方が良い。
【００１７】
本実施例では、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２のバッククリアランス２４ｂが相対的に短く設定されている。従って、ピストン組付時にピストンリング１２がリング溝から外れるおそれがなく、その作業性が向上し、かつ、上述したようにスラスト−アンチスラスト方向Ｆ２での熱膨張は相対的に小さいので、バッククリアランス２４ｂが相対的に短いものの、熱膨張による実動時の溝底面１８とピストンリング１２の内周面との干渉を回避できる。
【００１８】
ピストン１０の外周部の中で、ピストンピン軸方向Ｆ１に近い領域では、ピストンスカート２２がなく、熱膨張の影響が大きいため、実動時の溝底面１８とピストンリング１２の内周面との干渉を回避するために、バルブクリアランスをあらかじめ大きく設定しておく必要がある。
【００１９】
本実施例では、ピストンピン軸方向Ｆ１のバッククリアランス２４ａが相対的に大きく設定されているため、熱膨張に起因する実動時の溝底面１８とピストンリング１２の内周面との干渉を有効に回避することができる。また、ピストン１０をシリンダ２に挿入する際、ピストン１０はスラスト−アンチスラスト方向Ｆ２に振れるため、ピストンピン軸方向Ｆ１のバルブクリアランス２４が相対的に大きくいものの、ピストンリング１２がリング溝１６から外れることはなく、ピストンの組付作業性を阻害することはない。
【００２０】
このように、本実施例によれば、バルブクリアランス２４を周方向で意図的に不均一とし、ピストンピン軸方向Ｆ１で相対的に長く、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２で相対的に短く設定することにより、ピストン１０をシリンダ２へ組み付ける際の作業性の向上と、機関実動時のリング溝底面１８とピストンリング１２内周面との干渉回避と、を高いレベルで両立することができる。
【００２１】
上述した効果を得るため、好ましくは、ピストンピン軸方向Ｆ１のリング溝深さ２８ａを、スラスト−アンチスラスト方向Ｆ２のリング溝深さ２８ｂに対して、１０％以上大きく設定する。
【００２２】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、ピストンの外周面は、真円形に限られるものではなく、熱膨張やバッククリアランス等を考慮して適宜な楕円形状としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関のピストンを示す図２の矢視Ａに相当する上面図。
【図２】上記ピストンを示す図１の矢視Ｂに相当する正面図。
【図３】図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図４】図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図５】熱膨張によるピストン頂部の変形の様子を誇張して示し、（ａ）が図１のＣ−Ｃ線、（ｂ）がＤ−Ｄ線に沿う断面対応図。
【符号の説明】
１０…ピストン
１２…ピストンリング
１６…リング溝
１８…溝底面
２４…バッククリアランス
Ｆ１…ピストンピン軸方向
Ｆ２…スラスト−アンチスラスト方向

Claims

ピストン外周に、ピストンリングが嵌合するリング溝が凹設され、このリング溝の溝底面が、ピストン軸方向視で、スラスト−アンチスラスト方向に長い楕円形状である内燃機関のピストン。
ピストン外周に、ピストンリングが嵌合するリング溝が凹設され、
このリング溝の溝底面と上記ピストンリングの内周面との間にバッククリアランスが設けられ、
ピストンピン軸方向のバッククリアランスが、スラスト−アンチスラスト方向のバッククリアランスに比して長く設定されている内燃機関のピストン。
ピストンピン軸方向のリング溝の深さが、スラスト−アンチスラスト方向のリング溝の深さに対して１０％以上大きい請求項１又は２に記載の内燃機関のピストン。