特許 6048179 ピストン及び内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6048179

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】ピストン及び内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02F 3/00 20060101AFI20161212BHJP

   F16J 9/00 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   F02F3/00 N

   F02F3/00 G

   F16J9/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-18493(P2013-18493)

(22)【出願日】2013年2月1日

(65)【公開番号】特開2014-148942(P2014-148942A)

(43)【公開日】2014年8月21日

【審査請求日】2015年4月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 武雄

【審査官】 大城 恵理

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０３−０７１１５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−００７３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１５１９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６０５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１３７７５３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ ３／００

Ｆ１６Ｊ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストン本体と、
同ピストン本体を構成する材料よりも比重が大きく同ピストン本体を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料からなり、リング溝の側面を構成する一対の対向壁と同一対の対向壁を連結して前記リング溝の底面を構成する底壁とを有する耐摩環と、
を備えるピストンにおいて、
前記耐摩環の一対の対向壁のうちピストン頂面側に位置する対向壁の外径が、前記リング溝に収容されるピストンリングの内径よりも大きいものの前記ピストン本体の外径よりも小さく、
前記リング溝においてピストン頂面側に位置する側面が、前記ピストン本体と前記耐摩環とで構成される
ことを特徴とするピストン。

【請求項2】

前記耐摩環の一対の対向壁のうちピストン頂面側に位置する対向壁を第１の対向壁とし、他方の対向壁を第２の対向壁としたとき、
前記耐摩環の前記第２の対向壁の外径が前記ピストン本体の外径と等しい一方で、
前記第１の対向壁の外径が前記リング溝に収容されるピストンリングの内径よりも大きいものの前記ピストン本体の外径よりも小さい
請求項１に記載のピストン。

【請求項3】

前記耐摩環は、上面及び下面と、ピストン中心軸側に位置する内周面とが交わる内周縁部の少なくとも一方が面取り形状となっている
請求項１又は２に記載のピストン。

【請求項4】

前記ピストン本体は、アルミニウム系の材料からなり、
前記耐摩環は、鉄系の材料からなる
請求項１〜３の何れか１項に記載のピストン。

【請求項5】

請求項１〜４の何れか１項に記載のピストンを備える内燃機関。

【請求項6】

シリンダブロックが、前記耐摩環と主成分が同じ金属材料からなる
請求項５に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐摩環を有するピストン及び同ピストンを有する内燃機関に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に記載されるように、内燃機関用のピストンには、ピストン本体を形成する材料よりも耐摩耗性に優れた材料からなり、対向し合う一対の対向壁と、同一対の対向壁におけるピストン径方向内側を連結した底壁とを有する耐摩環によって、ピストンリングが収容されるリング溝を形成するようにしたものがある。特許文献１のピストンは、ピストン本体の材料としてアルミニウム系の材料を用い、耐摩環の材料として鉄系の材料を用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１３７０７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のピストンでは、耐摩環を構成する材料の比重が、ピストン本体を構成する材料よりも大きいため、ピストンに耐摩環を設けることによって、ピストン全体の重量が重くなってしまう。

【0005】

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストン全体の重量が重くなることを抑制しつつ、リング溝の摩耗を抑制することができるピストン及び内燃機関を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのピストンは、ピストン本体と、同ピストン本体を構成する材料よりも比重が大きく同ピストン本体を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料からなり、リング溝の側面を構成する一対の対向壁と同一対の対向壁を連結して前記リング溝の底面を構成する底壁とを有する耐摩環とを備える。このピストンでは、前記耐摩環の一対の対向壁のうちピストン頂面側に位置する対向壁の外径が、前記リング溝に収容されるピストンリングの内径よりも大きいものの前記ピストン本体の外径よりも小さく、前記リング溝においてピストン頂面側に位置する側面が、前記ピストン本体と前記耐摩環とで構成される。

【0007】

上記構成によれば、ピストン本体を構成する材料よりも比重の大きい材料からなる耐摩環の対向壁のうちピストン頂面側に位置する対向壁が、ピストンの外周面まで届かない短いものにされている。そのため、ピストン頂面側に位置する対向壁がピストンの外周面に届く長いものであり、リング溝の側面のうちピストン頂面側に位置する側面の全面が耐摩環によって形成されている構成と比べて、ピストンを軽量化することができる。なお、ピストンリングには、リング溝から飛び出している外周側部分に燃焼室側から高圧の燃焼ガスが作用する。そのため、この燃焼ガスの作用によってリング溝内に収容されているピストンリングにねじれが生じ、ピストンリングの内周側端面がリング溝のピストン頂面側の側面に当接することがある。これに対して上記構成では、耐摩環のピストン頂面側に位置する対向壁がピストンリングの内周端部よりも径方向外側まで延びている。そのため、ピストン頂面側に位置するリング溝の側面のうち、高圧の燃焼ガスの圧力がピストンリングに作用するときにピストンリングが当接しやすい部位は、耐摩環の対向壁で構成されることになる。

【0008】

したがって、上記構成によれば、摩耗が生じやすい部位に耐摩環を配設し、ピストンの軽量化を図りつつ、リング溝の摩耗を抑制することができる。
また、上記構成によれば、ピストン頂面側の側面の一部が耐摩環を構成する材料よりも熱伝導率の高いピストン本体を構成する材料で構成されることになる。そのため、ピストン頂面側の側面の全面が耐摩環によって形成されている構成と比べて、ピストン全体のうち熱伝導率が低い材料からなる耐摩環の割合を小さくすることができる。その結果、ピストン全体の放熱性を向上させることができる。
なお、上記ピストンは、前記耐摩環の一対の対向壁のうちピストン頂面側に位置する対向壁を第１の対向壁とし、他方の対向壁を第２の対向壁としたとき、前記耐摩環の前記第２の対向壁の外径が前記ピストン本体の外径と等しい一方で、前記第１の対向壁の外径が前記リング溝に収容されるピストンリングの内径よりも大きいものの前記ピストン本体の外径よりも小さいという態様で具現化することが好ましい。

【0009】

上記構成によれば、第１の対向壁が第２の対向壁よりも短くされており、ピストン頂面側の側面の一部が耐摩環を構成する材料よりも比重の小さいピストン本体を構成する材料で構成されることになる。そのため、第１の対向壁が第２の対向壁と等しい長さに形成され、リング溝の全面が耐摩環によって形成されている構成と比べて、ピストンを軽量化することができる。

【0010】

上述したように、ピストンリングには、リング溝から飛び出している外周側部分に燃焼室側から高圧の燃焼ガスが作用する。そのため、この燃焼ガスの作用によってリング溝内に収容されているピストンリングにねじれが生じ、ピストンリングの内周側端面がリング溝のピストン頂面側の側面に当接することがある。また、ピストンリングには、高圧の燃焼ガスの圧力が、同ピストンリングをピストン頂面側から第２の対向壁に押圧するように作用する。したがって、高圧の燃焼ガスの圧力がピストンリングに作用するときには、リング溝の側面のうちピストン頂面とは反対側に位置する側面の全体と、ピストン頂面側の側面におけるピストン径方向内側の部位とにおいてピストンリングが当接しやすい。

【0011】

上記構成によれば、耐摩環の第２の対向壁がピストン外周面まで延びており、第１の対向壁がピストンリングの内周端部よりも径方向外側まで延びている。そのため、リング溝の側面のうち高圧の燃焼ガスの圧力がピストンリングに作用するときにピストンリングが当接しやすい部位は、耐摩環の対向壁で構成されることになる。

【0012】

したがって、上記構成によれば、摩耗が生じやすい部位に耐摩環を配設し、ピストンの軽量化を図りつつ、リング溝の摩耗を抑制することができる。
上記ピストンにおいては、前記耐摩環は、上面及び下面と、ピストン中心軸側に位置する内周面とが交わる内周縁部の少なくとも一方が面取り形状となっていることが好ましい。

【0013】

耐用期間の間に生じる摩耗によるリング溝の変形を所定の範囲内に抑えるために必要となる一定の厚さだけ耐摩環を設けるようにすれば、耐摩環を構成する材料の比率を極力少なくして、ピストンの軽量化を図ることができる。これに対して、耐摩環の上面及び下面とピストン中心軸側に位置する耐摩環の内周面とをそのまま直角に交わらせたままにした場合には、内周縁部における厚さが対向壁や底壁の厚さよりも厚くなる。この点、上記構成によれば、内周縁部を面取り形状とすることで、内周縁部の厚さが厚くなることを抑制することができるため、ピストンをより軽量化することができる。

【0015】

上記各ピストンにおいては、前記ピストン本体は、アルミニウム系の材料からなり、前記耐摩環は、鉄系の材料からなるといった態様を採用することができる。
また、上記課題を解決するための内燃機関は、上記各態様の何れかのピストンを備えている。

【0016】

また、内燃機関においては、シリンダブロックが、前記耐摩環と主成分が同じ金属材料からなるといった態様を採用することができる。
主成分が同じ金属材料からなる部材同士が摺動した場合、主成分が異なる金属材料からなる部材同士が摺動した場合に比べて部材同士が焼き付きやすい。この点、上記内燃機関では、耐摩環の一対の対向壁のうちピストン頂面側の対向壁の外径がピストン本体の外径よりも小さくされている。そのため、上記リング溝の側面のうちピストン頂面側に位置する側面の一部はピストン本体を構成する材料で構成されており、リング溝よりもピストン頂面側に位置するピストン外周面はピストン本体を構成する材料で構成されている。したがって、リング溝よりもピストン頂面側に位置するピストン外周面がシリンダ内周面と摺動したとしても、主成分が異なる金属材料からなる部材同士が摺動することになるため、焼き付きにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態にかかるピストンを備える内燃機関を示す模式図。

【図2】（ａ）は第１実施形態にかかるピストンのピストン中心軸に沿った断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す拡大図。

【図3】第２実施形態にかかるピストンの一部を示す断面図。

【図4】第３実施形態にかかるピストンの一部を示す断面図。

【図5】第４実施形態にかかるピストンの一部を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（第１実施形態）
以下、ピストン及び内燃機関の第１実施形態を、図１及び２を参照して詳細に説明する。本実施形態の内燃機関は過給機を備えるガソリン機関である。

【0019】

図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１１には、スロットルバルブ１２が設けられている。内燃機関１０では、スロットルバルブ１２の開度調節を通じて、燃焼室１５内に吸入される空気の量が調節される。

【0020】

内燃機関１０のシリンダブロック１４は鋳鉄製であり、シリンダブロック１４には複数のシリンダ１４Ａが形成されている。各シリンダ１４Ａ内には、ピストン３０が設けられている。ピストン３０には、ピストン頂面３５側から順に、トップリング溝３２、セカンドリング溝３３、オイルリング溝３４が形成されている。トップリング溝３２にはトップリング４１が装着され、セカンドリング溝３３にはセカンドリング４２が装着され、オイルリング溝３４にはオイルリング４３が装着されている。

【0021】

図２に示すように、ピストン３０のトップリング溝３２には、耐摩環５０が設けられている。耐摩環５０は、ピストン本体３１よりも耐摩耗性に優れた材料で形成されている。詳細には、耐摩環５０は鋳鉄製であり、ピストン本体３１はアルミニウム合金からなる。耐摩環５０は、同耐摩環５０をアルミニウム合金の溶湯で鋳込むことにより、ピストン本体３１に固定される。なお、ピストン３０及び耐摩環５０の構成については、後に詳細に説明する。

【0022】

図１に示すように、内燃機関１０には、燃焼室１５に臨むように燃料噴射弁１３が設けられている。燃料噴射弁１３は、その開弁駆動に伴って燃焼室１５内に燃料を噴射する。シリンダヘッド１６には、燃焼室１５に臨むように点火プラグ１７が設けられている。内燃機関１０では、燃料噴射弁１３から噴射された燃料が燃焼室１５内において燃焼することによってピストン３０が往復移動してクランクシャフト１８が回転する。そして、燃焼後のガスは排気として燃焼室１５から排気通路１９に送り出される。吸気通路１１と燃焼室１５とは吸気バルブ２１の開閉により連通・遮断され、排気通路１９と燃焼室１５とは排気バルブ２２の開閉により連通・遮断される。

【0023】

内燃機関１０には吸気通路１１内の吸入空気を圧送する過給機２５が設けられている。詳細には、吸気通路１１におけるスロットルバルブ１２の上流側の部分には、過給機２５のコンプレッサ２６が取り付けられている。また、内燃機関１０の排気通路１９には過給機２５のタービン２７が取り付けられている。なお過給機２５は、コンプレッサ２６の内部に設けられたコンプレッサホイール２６Ａとタービン２７の内部に設けられたタービンホイール２７Ａとが連結された排気駆動式のものである。排気通路１９において、タービン２７の上流側と下流側とはバイパス通路２８で接続されており、バイパス通路２８にはウエイストゲートバルブ２９が設けられている。ウエイストゲートバルブ２９の開度が調整されることにより、タービンホイール２７Ａに吹き付けられる排気の流量が変更されて、過給機２５による過給圧が調節される。

【0024】

ところで、上記の通り、耐摩環５０は鋳鉄製であり、ピストン本体３１はアルミニウム合金からなる。したがって、耐摩環５０を構成する材料の比重が、ピストン本体３１を構成する材料よりも大きい。また、耐摩環５０を構成する材料の熱伝導率が、ピストン本体３１を構成する材料の熱伝導率よりも低い。そのため、ピストン３０に耐摩環５０を設けることによって、ピストン３０全体の重量が重くなるとともに、放熱性が低下してしまう。

【0025】

そこで、本実施形態では、耐摩環５０を以下のように形成することで、ピストン３０の軽量化を図るとともに、放熱性が低下することを抑制するようにしている。以下、図２を参照して、耐摩環５０の構成について、より詳細に説明する。

【0026】

図２に示すように、耐摩環５０は、トップリング溝３２の側面３２Ａ，３２Ｂを構成する一対の対向壁５１，５２と同一対の対向壁５１，５２を連結してトップリング溝３２の底面３２Ｃを構成する底壁５３とを有している。耐摩環５０では、各対向壁５１，５２及び底壁５３の厚さが、同じ厚さＤ１である。なお、この厚さＤ１は、一定の耐用期間に亘る内燃機関１０の使用を想定して設定されている。すなわち、厚さＤ１は、トップリング４１がトップリング溝３２の側面３２Ａ，３２Ｂに幾度も当接し、同側面３２Ａ、３２Ｂの摩耗が進行したとしても耐用期間の間に生じる摩耗によっては耐摩環５０が全てすり減ってしまうことがないように設定されている。耐用期間の間に耐摩環５０が全てすり減ってしまい、ピストン本体３１にトップリング４１が直接当接するようになった場合には、摩耗の進行が早くなるため、摩耗によるトップリング溝３２の変形を所定の範囲内に抑えることはできなくなってしまう。これに対して上記のように耐用期間の間に生じる摩耗によって耐摩環５０が全てすり減ってしまうことがないように厚さＤ１を設定すれば、耐用期間の間に生じる摩耗によるトップリング溝３２の変形を所定の範囲内に抑えることができる。

【0027】

また、耐摩環５０の一対の対向壁５１，５２のうち、ピストン頂面３５側に位置する第１の対向壁５１は、外径Ｒ１がトップリング４１の内径Ｒ２よりも大きいもののピストン本体３１の外径Ｒ３よりも小さい。したがって、第１の対向壁５１の外周端５１Ａは、ピストン径方向においてトップリング４１の内周面４１Ａとピストン本体３１の外周面３０Ａとの間に位置している。なお、トップリング溝３２のピストン頂面３５側に位置する側面３２Ａと底面３２Ｃとが交差する角部３２Ｄから第１の対向壁５１の外周端５１Ａまでの長さ、すなわち、第１の対向壁５１のピストン径方向の長さは、トップリング溝３２の深さ（側面３２Ａのピストン径方向の長さ）の略１／２となっている。ここで、一般的に、トップリング溝３２にトップリング４１を収容した場合、トップリング４１が同トップリング溝３２の深さの１／２の深さよりも奥まで収容される。したがって、第１の対向壁５１のピストン径方向の長さをトップリング溝３２の深さの略１／２の長さに設定することで、第１の対向壁５１の外周端５１Ａを、ピストン径方向においてトップリング４１の内周面４１Ａよりもピストン径方向の外側に位置させることができる。また、トップリング溝３２においてピストン頂面３５側に位置する側面３２Ａは、ピストン３０の外周面３０Ａ側の部位がピストン本体３１と一体となっており、同ピストン本体３１を構成するアルミニウム合金で構成されている。したがって、ピストン３０のトップランドの外周面３６Ａは全領域がピストン本体３１を構成するアルミニウム合金で構成されている。

【0028】

一方、耐摩環５０の一対の対向壁５１，５２のうち、トップリング溝３２においてピストン頂面３５とは反対側に位置する第２の対向壁５２は、外径がピストン本体３１の外径Ｒ３と等しい。したがって、第２の対向壁５２の外周端５２Ａは、ピストン３０の外周面３０Ａの一部を構成している。

【0029】

また、本実施形態では、耐摩環５０の上面５５とピストン中心軸Ｃ側に位置する内周面５６とが交わる上側内周縁部５８は、面取り形状となっている。ここで、トップリング溝３２の上記角部３２Ｄから耐摩環５０の上面５５に垂直に下ろした仮想面Ｓ１が上面５５と交わる部位を上面内周端５５Ａとし、角部３２Ｄから耐摩環５０の内周面５６に垂直に下ろした仮想面Ｓ２が内周面５６と交わる部位を内周面上端５６Ａとすると、上側内周縁部５８は、上面内周端５５Ａと内周面上端５６Ａとを結ぶ傾斜面となっている。したがって、上側内周縁部５８における厚さＤ２は、各対向壁５１，５２及び底壁５３の厚さＤ１よりも薄くなっている。一方、耐摩環５０の下面５７と内周面５６とが交わる下側内周縁部５９は、下面５７と内周面５６とが直角に交差する角部となっている。したがって、下側内周縁部５９における厚さＤ３は、各対向壁５１，５２及び底壁５３の厚さＤ１よりも厚くなっている。

【0030】

次に、本実施形態の作用を説明する。
内燃機関１０においては、燃料噴射弁１３から燃焼室１５内に燃料が噴射され、点火プラグ１７により燃料と吸気との混合気に点火がなされることにより、混合気が燃焼して高圧の燃焼ガスが発生する。また、内燃機関１０においては、ノッキングやプレイグニッションなどの異常燃焼が発生することもあり、こうした異常燃焼時には、通常の燃焼時よりも高い圧力の燃焼ガスが発生する。トップリング４１は、外周側の部位がトップリング溝３２から露出しているため、通常燃焼又は異常燃焼により発生した高圧の燃焼ガスが、トップリング４１の外周側の部位に作用する。そのため、この燃焼ガスの作用によってトップリング４１がねじれ、トップリング４１の内周側端面がトップリング溝３２のピストン頂面３５側の側面３２Ａに当接することがある。また、トップリング４１には、高圧の燃焼ガスの圧力が、トップリング４１をピストン頂面３５側から第２の対向壁５２に押圧するように作用する。したがって、高圧の燃焼ガスの圧力がトップリング４１に作用するときには、トップリング溝３２においてピストン頂面３５とは反対側に位置する側面３２Ｂの全体と、ピストン頂面３５側の側面３２Ａにおけるピストン径方向内側の部位とにおいてトップリング４１が当接しやすくなる。

【0031】

本実施形態では、耐摩環５０の第２の対向壁５２がピストン外周面３０Ａまで延びており、第１の対向壁５１がトップリング４１の内周面４１Ａよりも径方向外側まで延びている。そのため、トップリング溝３２の側面３２Ａ，３２Ｂのうち高圧の燃焼ガスの圧力がトップリング４１に作用するときにトップリング４１が当接しやすい部位は、耐摩環５０の対向壁５１，５２で構成されることになる。したがって、摩耗が生じやすい部位に耐摩環５０の対向壁５１，５２が位置しているため、トップリング溝３２の摩耗が抑制される。

【0032】

以上、詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の内燃機関１０のピストン３０は、ピストン本体３１と耐摩環５０とを備えている。ピストン本体３１は、アルミニウム合金からなり、耐摩環５０は、アルミニウム合金よりも比重が大きい鋳鉄からなる。また、耐摩環５０はピストン頂面３５とは反対側に位置する第２の対向壁５２の外径がピストン本体３１の外径Ｒ３と等しい一方で第１の対向壁５１の外径Ｒ１がトップリング４１の内径Ｒ２よりも大きいもののピストン本体３１の外径Ｒ３よりも小さい。また、トップリング溝３２においてピストン頂面３５側に位置する側面３２Ａの一部がピストン本体３１を構成するアルミニウム合金で構成されている。

【0033】

本実施形態では、このように第１の対向壁５１が第２の対向壁５２よりも短くされており、ピストン頂面３５側の側面３２Ａの一部が耐摩環５０を構成する材料よりも比重の小さいピストン本体３１を構成する材料で構成されることになる。そのため、第１の対向壁が第２の対向壁と等しい長さに形成され、トップリング溝の全面が耐摩環によって形成されている構成と比べて、ピストン３０を軽量化することができる。

【0034】

また、耐摩環５０の第２の対向壁５２がピストン外周面３０Ａまで延びており、第１の対向壁５１がトップリング４１の内周面４１Ａよりも径方向外側まで延びている。そのため、トップリング溝３２の側面３２Ａ，３２Ｂのうち高圧の燃焼ガスの圧力がトップリング４１に作用するときにトップリング４１が当接しやすい部位は、耐摩環５０の対向壁５１，５２で構成されている。したがって、摩耗が生じやすい部位に耐摩環５０を配設し、ピストン３０の軽量化を図りつつ、トップリング溝３２の摩耗を抑制することができる。

【0035】

（２）本実施形態のピストン３０では、耐摩環５０は、上面５５と内周面５６とが交わる上側内周縁部５８が面取り形状となっている。耐用期間の間に生じる摩耗によるトップリング溝３２の変形を所定の範囲内に抑えるために必要となる一定の厚さだけ耐摩環５０を設けるようにすれば、耐摩環５０を構成する材料の比率を極力少なくして、ピストン３０の軽量化を図ることができる。これに対して、耐摩環の上面と内周面とをそのまま直角に交わらせた形状とした場合には、内周縁部における厚さが対向壁や底壁の厚さよりも厚くなる。この点、本実施形態では、上側内周縁部５８を面取り形状とすることで、上側内周縁部５８の厚さが厚くなることを抑制することができるため、ピストン３０を軽量化することができる。

【0036】

（３）本実施形態のピストン３０は、耐摩環５０が、ピストン本体３１を構成するアルミニウム合金よりも熱伝導率の低い鋳鉄で構成されている。本実施形態では、第１の対向壁５１が第２の対向壁５２と等しい長さに形成され、トップリング溝３２の全面が耐摩環５０によって形成されている構成と比べて、ピストン３０全体に占める耐摩環５０の割合を小さくすることができるため、ピストン３０全体のうち熱伝導率が低い鋳鉄からなる部分の割合を小さくすることができる。したがって、ピストン３０全体としての放熱性を向上させることができる。

【0037】

（４）本実施形態の内燃機関１０は、シリンダブロック１４が鋳鉄製であり、耐摩環５０を構成する材料と主成分が同じである。ここで、主成分が同じ金属材料からなる部材同士が摺動した場合、主成分が異なる金属材料からなる部材同士が摺動した場合に比べて部材同士が焼き付きやすい。この点、トップリング溝３２におけるピストン頂面３５側に位置する側面３２Ａの一部はピストン本体３１を構成するアルミニウム合金で構成されているため、トップランドの外周面３６Ａの全領域はピストン本体３１を構成する材料、すなわちアルミニウム合金で構成されている。したがって、ピストン３０のトップランドの外周面３６Ａがシリンダ１４Ａの内周面と摺動したとしても、主成分が異なる金属材料からなる部材同士が摺動することになるため、焼き付きにくくなる。

【0038】

（第２実施形態）
次に、ピストン及び内燃機関の第２実施形態を、図３を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図３に示すピストン６０が設けられている。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。なお、特に説明しない構成については、第１実施形態と同様である。

【0039】

図３に示すように、ピストン６０は、ピストン本体６１と耐摩環６３とを備えている。耐摩環６３は、ピストン６０のトップリング溝６２の側面６２Ａ，６２Ｂ及び底面６２Ｃを構成している。

【0040】

耐摩環６３においては、上面６７と内周面６８とが交わる上側内周縁部６９が、上面内周端６７Ａと内周面上端６８Ａとを結ぶ断面視円弧状の曲面となっている。また、上側内周縁部６９の厚さは、各対向壁６４，６５及び底壁６６の厚さＤ１と同じ厚さＤ１となっている。

【0041】

本実施形態では、上記第１実施形態における（１）〜（４）と同様の効果を奏することができる。
（第３実施形態）
次に、ピストン及び内燃機関の第３実施形態を、図４を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図４に示すピストン７０が設けられている。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。なお、特に説明しない構成については、第１実施形態と同様である。

【0042】

図４に示すように、ピストン７０は、ピストン本体７１と耐摩環７３とを備えている。耐摩環７３は、ピストン７０のトップリング溝７２の側面７２Ａ，７２Ｂ及び底面７２Ｃを構成している。

【0043】

耐摩環７３の上側内周縁部７７は、上記第１実施形態と同様に傾斜面となっている。一方、下側内周縁部８０は、次のような構成となっている。まず、トップリング溝７２のピストン頂面３５とは反対側に位置する側面７２Ａと底面７２Ｃとが交差する角部７２Ｄから耐摩環７３の下面７８に垂直に下ろした仮想面Ｓ３が下面７８と交わる部位を下面内周端７８Ａとする。また、角部７２Ｄから耐摩環７３の内周面７９に垂直に下ろした仮想面Ｓ４が内周面７９と交わる部位を内周面下端７９Ａとする。下側内周縁部８０は、下面内周端７８Ａと内周面下端７９Ａとを結ぶ傾斜面となっている。したがって、下側内周縁部８０の厚さは、上側内周縁部７７の厚さと同じ厚さＤ２であり、各対向壁７４，７５及び底壁７６の厚さＤ１よりも薄くなっている。

【0044】

本実施形態では、上記第１実施形態における上記（１）、（３）及び（４）と同様の効果と、以下の（５）の効果を奏することができる。
（５）本実施形態では、上側内周縁部７７と下側内周縁部８０との双方を面取り形状としている。したがって、双方の内周縁部７７、８０の厚さが厚くなることを抑制することができるため、ピストン７０をより軽量化することができる。

【0045】

（第４実施形態）
次に、ピストン及び内燃機関の第４実施形態を、図５を参照して説明する。本実施形態の内燃機関は、図５に示すピストン９０が設けられている。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。なお、特に説明しない構成については、第１実施形態と同様である。

【0046】

図５に示すように、ピストン９０は、ピストン本体９１と耐摩環９３とを備えている。耐摩環９３は、ピストン９０のトップリング溝９２の側面９２Ａ，９２Ｂ及び底面９２Ｃを構成している。

【0047】

耐摩環９３では、上面９７と内周面９８とが交わる上側内周縁部９９が、上面９７と内周面９８とが直角に交差する角部となっている。一方、下側内周縁部１００は、上記第１実施形態と同様に角部となっている。したがって、各内周縁部９９，１００の厚さＤ３は、各対向壁９４，９５及び底壁９６の厚さＤ１よりも厚くなっている。

【0048】

本実施形態では、上記第１実施形態における上記（１）、（３）及び（４）と同様の効果を奏することができる。
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように適宜変更するようにしてもよい。

【0049】

・上記第３実施形態では、上側内周縁部と下側内周縁部との面取り形状を傾斜面としているが、上側内周縁部と下側内周縁部とを断面視円弧状の曲面としてもよい。また、何れか一方を傾斜面とし、他方を円弧状の曲面としてもよい。また、第１及び第２実施形態では、上側内周縁部を面取り形状とし、下側内周縁部を角部としているが、上側内周縁部を角部とし、下側内周縁部を面取り形状としてもよい。また、各内周縁部の何れかを面取り形状を形成する場合には、上記各実施形態に示す態様よりも深い又は浅い面取り形状を形成するようにしてもよい。

【0050】

・上記各実施形態では、第１の対向壁のピストン径方向の長さを、トップリング溝の深さの略１／２としている。しかしながら、第１の対向壁のピストン径方向の長さは、第１の対向壁の外径がトップリング溝に収容されるピストンリングの内径よりも大きいもののピストン本体の外径よりも小さければよく、トップリング溝の側面のピストン径方向の長さの１／２よりも長くても、短くてもよい。

【0051】

・上記各実施形態では、耐摩環の各対向壁及び底壁の厚さを同じ厚さとしている。しかしながら、各対向壁と底壁の厚さは同じ厚さでなくてもよく、第１の対向壁と第２の対向壁の厚さも異なる厚さであってもよい。なお、そのような場合であっても、各対向壁の厚さは、トップリング溝の各側面に生じる摩耗によるトップリング溝の変形を所定の範囲内に抑えるために適した厚さに設定することが望ましい。

【0052】

・上記各実施形態では、ピストンのトップリング溝に対応して耐摩環を設けるようにしているが、その他のリング溝に対応して、上記各実施形態と同様の構成の耐摩環を設けるようにしてもよい。

【0053】

・上記各実施形態では、ピストン本体をアルミニウム合金で構成し、シリンダブロックと耐摩環を鋳鉄製としている。しかしながら、ピストン本体とシリンダブロック及び耐摩環を構成する材料は、これらの材料に限定されない。

【0054】

要するに、ピストン本体よりも比重の大きな材料で構成される耐摩環を小さくすることにより、ピストン全体に占める耐摩環を構成する材料の割合を少なくして、ピストンを軽量化することができればよい。したがって、例えば、シリンダブロックと耐摩環とを主成分が同じ金属材料で構成し、ピストン本体は、耐摩環よりも比重が小さい材料で構成するようにしてもよいし、さらに、ピストン本体を耐摩環を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料で構成してもよい。また、シリンダブロックと耐摩環とを主成分の異なる金属材料で構成し、ピストン本体は、耐摩環よりも比重が小さい材料で構成するようにしてもよい。さらに、ピストン本体を耐摩環を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料で構成してもよい。

【0055】

・上記各実施形態では、第２の対向壁の外径をピストン本体の外径と等しくした構成を例示したが、第１の対向壁の外径がリング溝に収容されるピストンリングの内径よりも大きく、且つピストン本体の外径よりも小さくなっていれば、リング溝の側面のうちピストン頂面側の側面の摩耗が生じやすい部位に耐摩環を配設し、ピストンの軽量化を図りつつ、リング溝の摩耗を抑制することができる。そのため、第２の対向壁の外径は、ピストン本体の外径よりも小さくされていてもよい。例えば、第２の対向壁の外径をピストン本体の外径よりも小さく、且つ第１の対向壁の外径よりも大きくする構成を採用することもできる。また、第１の対向壁の外径と第２の対向壁の外径とを等しくする構成や、第２の対向壁の外径を第１の対向壁の外径よりも小さくする構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0056】

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…スロットルバルブ、１３…燃料噴射弁、１４…シリンダブロック、１４Ａ…シリンダ、１５…燃焼室、１６…シリンダヘッド、１７…点火プラグ、１８…クランクシャフト、１９…排気通路、２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、２５…過給機、２６…コンプレッサ、２６Ａ…コンプレッサホイール、２７…タービン、２７Ａ…タービンホイール、２８…バイパス通路、２９…ウエイストゲートバルブ、３０…ピストン、３０Ａ…ピストン外周面、３１…ピストン本体、３２…トップリング溝、３２Ａ，３２Ｂ…側面、３２Ｃ…底面、３２Ｄ…角部、３３…セカンドリング溝、３４…オイルリング溝、３５…ピストン頂面、３６Ａ…外周面、４１…トップリング、４１Ａ…内周面、４２…セカンドリング、４３…オイルリング、５０…耐摩環、５１…第１の対向壁、５１Ａ…外周端、５２…第２の対向壁、５２Ａ…外周端、５３…底壁、５５…上面、５５Ａ…上面内周端、５６…内周面、５６Ａ…内周面上端、５７…下面、５８…上側内周縁部、５９…下側内周縁部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】