JPS5936099B2 - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 不発明は、軽合金又はその合金から成り、ピストンピン
の軸線に直角な側のピストンヘッドとピストンスカート
との間に、横方向（こ７０〜１１０゜の円弧をなすスリ
ットが夫々形成されている内燃機機関用ピストンに関す
る。

背景技術とその問題点 アルミニウム又はその合金から成る単一金属体のピスト
ンが使用され、これに対して１騒音の低下、オイル消費
性、焼付き防止性、リング溝の摩耗性、大きく変動する
運転条件に対する一般的な順応性、そして中でも直線往
復運動を行うことに対して極めて高度の要件が必要とさ
れるようなすべてのオツトーエンジン及びディーゼルエ
ンジン（こおいては、いわゆる膨張制御型ピストン（Ｒ
ｅｇｅ １ｋｏｌｂｅｎ）が使用されている。

広い意味では、膨張制術型ビス１〜ンとは、半径方向の
熱膨張がピストンピンボスの方向においてのみ生じるよ
う（こ構成されているか、又（１ピストンスカートの部
分が半径方向の熱膨張を弾性ｌこよるたわみで補償し得
るずう（こ形成されている単一金属体ピストンを言う。

また狭い意味では、膨張制御型ピストンとは、鋼製の膨
張防止用抑制部材がピストン鋳造体中の適当な所、特に
ピストンスカートの部分（こ鋳込まれていて、軽金属合
金がその運転温度で過大に膨張するのを防ぐように形成
されているピストンを言う。

この膨張は特にピストンピンボスの軸心ｌこ対しで直角
な方向においで好ましくない。

従ってこれらの膨張抑制部材は、上記膨張をビス１〜ン
ピンボスの方向へ転移させる役目を果たし、できるだけ
すべての運転条件下で圧力方向及び背圧方向（ピストン
ピンの軸心（こ直角な方向）においてピストンのクリア
ランスをシリンダ直径（こ対して良好１こ適応させるも
のである。

従って上述のような膨張制菌型ピストンでは、ピストン
の運転方向において測定されたピストンとシリンダとの
間のクリアランスは、温度が上昇するとシリンダの内径
が膨張して増大するにも拘らず、ピストンの運動域全体
にわたってはＶ一定に保たれる。

ピストンの熱膨張係数に相当する膨張制御効果は、ピス
トンヘッドとピストンスカートとの間の温度勾配によっ
て決定され、この温度勾配（１各エンジンによって異な
り、その構造に影響される。

ピストンのクリアランスと膨張制御機能及びピストンス
カートの弾性変形等の共同作用は、ピストンの直線往復
運動に対して重要な働きをする。

しかしながら、十分な剛性と形状の不変性及び膨張制御
機能との夫々の要求間では常に妥協が計られねばならな
い。

この上うに妥協することによって始めて、低騒音運転と
焼付きの防上とに関する要求が満たされるのである。

軽金属の熱膨張は完全に（１防げられないので、通常よ
り大きなスカートの楕円度が必要である。

殆んどすべての膨張制御型ピストン（１ピストンヘツド
とピストンスカートとの間に多かれ少かれ顕著な分離部
を備えている。

膨張制御効果（１、例えばオイルリング溝内に形成され
た分離スリットによって大巾に促進される。

制（財）用の前記挿入物（１有しないが、この分離スリ
ットを有する単一金属体ピストンは、制御効果に大きな
貢献をなすものであるが、前記鋼製填入物を有するがヘ
ッドとスカートとの間に顕著な分離部を有しないピスト
ン（１はんのわずかな制御効果しか示さない。

現在知られている膨張制菌型ピストン（西独特許明細書
第９０９１６３号、西独特許出願公告第１０７８３８７
号及び西独特許明細書第１２４５６７５号）の膨張制御
効果（１、ピストンスカートの上端部（こおいて１５〜
２０×１０ Ｔｔｒｆｔ／ｍＴｔ℃で、ピストンスカー
トの下端部（こおいて１８×２２×１０ｍ１ｍｍ０ｃ８
度であり、これらの適用はエンジンの排気量当りの出力
やピストン径に応じて一定の範囲に限定されている。

ある意味では、スリット付スカート型のピストンも膨張
制菌型ピストンである。

このようなピストンは鋳造時ζこ挿入された膨張制（財
）用鋼鉄製部材を持たず、主（こ１９４０年代（こ使用
されていたが、現在ではまれにしか使用されない。

これらのピストンでは、ピストンスカート部が、一番下
のリング溝の中あるいは下部に２個のスリットを設ける
ことによって温度の高いピストンヘッドから分離されて
おり、さらにピストンスカート部に一個又はそれ以上の
縦長のスリットが適当な個所に設けられていることに特
徴がある。

上記横方向のスリットはある程度の膨張制御効果を与え
、縦方向のスリットはピストンスカートに高い弾性を与
える。

従って軽金属製のピストンの運転中の直径の増加（１、
この弾性（こよって補償される。

ピストンスカー１へが弾性変形性と外部への均一ななじ
み性を備えているので、スリット付スカート形のピスト
ン（１良好な焼付き防止性能を有するようになる。

しかしながら一方、これらのビス１ヘンは、高温時や今
日では普通となっているエンジンの高速回転による高頻
度の負荷の変動を受ける時には、軽金属のクリープ強度
が小さ過ぎるため、長時間使用すると永久変形を起し、
これにより大きな騒音が発生し、場合によってはピスト
ンスカートが焼き付いたり破砕する可能性があるという
重大な欠点を有している。

発明の目的 本発明の目的６１、軽合金又はその合金から成り、ピス
トンピンの軸線に直角な側のピストンヘッドとピストン
スカートとの間に、横方向に７０〜１１０°の円弧をな
すスリットが夫々形成されている内燃（幾関用ピストン
（こおいて、上記ピストンの欠点を改良し、前記鋼の膨
張制（財）部材を鋳込むことなく、すべでの使用範囲に
適し、通常の楕円形（こ仕上げられたスカート（こより
、すべての必要条件を満たしてエンジンの運転中（こ非
常に有効な膨張制御効果を上げることのできるピストン
を提供すること（こある。

発明の概要 この目的は、上記の内燃機関用ピストンにおいて、ピス
トンピンボスｌ−４、一方１こおいてピストンの長軸に
平行に延びるリブを介して上記ピストンヘッドの内面に
のみ結合され、他方ｌこおいてピストンピンの軸線とピ
ストン長軸の軸線とから成る平行に対して３０〜４５°
の角度で延びるリブを介して上記ピストンスカート （こ構成することにより達成される。

実施例 以下本発明による膨張制御型ピストンの具体例を以下に
図（こ基いて詳細に説明する。

第１図及び第３図に示すように、ピストンのピンボス３
は、ピストンの長軸に平行に延びるリブ２を介してピス
トンヘッド１の内面ζこのみ結合されている。

そして本発明による膨張制御効果を得るため、ピストン
ピンボス３は、第２図及び第３図に示すよう（こ、ピス
トンピンの軸線とピストン長軸の軸線とから成る平面に
対して３０°の角度αで延びるリブ４を介して、ピスト
ンスカー１−５１こ結合されている。

圧力側及び背面側（ピストンピンの軸線（こ直角な側）
に（１、ピストンヘッド１とピストンスカート５との間
に横方向のスリット６が形成されている。

このスリット６は夫々ピストンの周面において１１０°
の円弧をなしている。

上記横方向のスリット６は、このスリット６の部分にお
いて、ピストンヘッド１とピストンスカート５とを部分
的に分離して、ピストンヘッド１からピストンスカート
５への熱の流れを阻止する役割をする。

このためスリット６によって分離された部分のピストン
スカート５の温度上昇が減少し、この部分の熱膨張が阻
止される。

一方、スリット６によって分離されていない、ピストン
ピンボス３側のピストンスカート５は、上記の通りリブ
２，４及びピストンピンボス３を介してピストンヘッド
１に接続されている。

そしてこの場合、ピストンヘッド１に（１熱の移動を阻
止する前記鋼の挿入物がないので、スカート５の部分よ
りも比較的高温度であるピストンヘッド１の部分の熱は
、リブ２，４及びピストンピンボス３を通って、このピ
ストンピンボス３側のピストンスカート５に伝達される
。

この結果、ピストンピンボス３側のピストンスカート５
の部分がピストンピンボス３の軸線方向（こ膨張するが
、スカート部５の周長日はシ一定なので、ピストンピン
の軸線に直角な方向の直径は減少する。

なお膨張制御効果を決定する要因である横方向スリット
６の長さ、リブ４の取付は方向、熱の通路断面積、リブ
２，４等を広い範囲にわたって変えることができるから
、膨張制御効果をシリンダ直径９こ合わせることが可能
となる。

さらにこれらの膨張制御機能と共にビス１ヘンに通常の
楕円仕上げを行なった場合には、エンジンのあらゆる使
用状態において、シリンダの材質がねずみ鋳鉄又はアル
ミニウムであろうとなかろうとシリンダの材質に拘らず
、実際のピストンスカート５の膨張はシリンダのそれと
はゾ同じ大きさに設定でき得る。

従ってこれらの調整によって正文（１負の膨張側（財）
効果を得ることができるから、ピストンの使用範囲が、
従来の膨張制菌型ピストンのよう（こエンジンの排気量
当りの出力やピストン径に依存して制限を受けるような
ことはない。

なお不発明による膨張制御型ピストンはピストンスカー
トの上端部において１４ Ｘ １０ ｍｖｔ／ｍｒｎ
°Ｃの膨張係数、下端部において１７ｘｌＯｍ、ｍ／ｍ
ｒｎ”Ｃの膨張係数を有している。

発明の詳細 な説明したように、不発明によれば、ピストンピンの軸
線に直角な側のピストンスカート（１横方向のスリット
によりピストンヘッドから分離されている。

一方ピストンピンボス側のピストンスカートは、このス
カートとピストンピンボスとを結合するリブと、ピスト
ンピンボスと、このピストンピンボスとピストンヘッド
の内面とを結合するリブとを介してピストンヘッドの内
面ζこ接続されている。

従ってピストンヘッドの高い熱は上記のリブ及びピスト
ンピンボスを通ってピストンピンボス側のスカートに主
として伝達されるから、非常に有効な膨張制御効果を発
揮することができる。

そして上記スリットの長さや、リブの傾斜角及びその断
面積など（１、ピストンの径やシリンダの材質などの諸
条件に応じて予め設定しておくことができるから、従来
のようにピストンの使用範囲に制限を受けることなく、
総での使用範囲（こおいて有効な膨張側ｍ効果を得るこ
とができる。

従って本発明（こよれば、ピストンの低騒音運転、低オ
イル消費性及びきわめて良好な応力分布が得られる。

また運転時にピストンとシリンダの間に良好なりリアラ
ンスが与えられ、従来の膨張制御型ピストンと比較する
と、それほど大きな楕円度を必要としない。

さらに運転時の温度におけるピストンの初期応力が比較
的小さいので摩擦損失の減少を計ることができる。

また本発明による膨張制御型ピストン（１、従来のもの
より約２０％軽量に作るこさができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は膨張制
御型ピストンのピストンピンボス中心面における縦断面
図、第２図は第１図のスリット６の部分断面図を含めた
■−■線矢視断面図、第３図は第１図の部分斜視図であ
る。 なお図面に用いられた符号において、１はピストンヘッ
ド、２，４はリブ、３はピストンピンボス、５はピスト
ンスカート、６はスリット、７はピン孔、８は挿通孔、
α（」リブ４の取付は角度である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軽合金又はその合金から成り、ピストンピンの軸線
   ニ直角な側のピストンヘッド１とピストンスカート５と
   の間（こ、横方向１ｃ７０〜１１０勿円弧をなすスリッ
   ト６が夫々形成されている内燃機関用ピストン（こおい
   て、ピストンピンボス３は、一方においてピストンの長
   軸に平行に延びるリブ２を介して上記ピストンヘッド１
   の内面（このみ結合され、他方においてピストンピンの
   軸線とピストン長軸の軸線とから成る平面に対して３０
   〜４５°の角度αで延びるリブ４を介して上記ピストン
   スカート５に結合されていることを特徴とする内燃機関
   用ピストン。