JPS6254986B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ピストンスカート部が、ピストンピ
ン用ボス部の開口近傍部分でピストンの外周面に
対して凹んでおり、かつピストンピンを挟むピス
トンスカート部の両側の部分が互いに非対称に構
成されている内燃機関用軽合金ピストンに関し、
特に高負荷内燃機関用の鋳造軽合金ピストンに適
用するのに最適なものである。

内燃機関において熱エネルギーを機械的エネル
ギーに変換する伝達素子としての軽合金ピストン
は、絶えず変化する高圧力、高温度及び摩擦によ
り非常に強い応力を受ける。これと共に、この種
のピストンには、あらゆる運転条件下における油
消費、焼付き防止、溝の摩耗、騒音防止等につい
ての多くの要求が課せられている。軽合金ピスト
ンに関する研究はすべて、ねずみ鋳鉄製のシリン
ダ内にて熱膨張係数の非常に異なる軽合金ピスト
ンがぴつたりと密接して動き、従つて均一な運動
特性を得ることを目的としている。

膨張を阻止する為の鋼製内張りによつて、ピス
トンによつて忌むべき直径の熱膨張を防止するよ
うに構成された軽合金製の膨張抑制ピストンは、
上記の目的に最も適したものである。この場合、
ピストンの膨張を特にピストンピンの軸方向に沿
つた方向に片寄らせて、できるだけあらゆる運転
条件下において、ピストンの遊隙をそれとは直角
方向の圧力方向及びその逆方向でシリンダ直径に
適合させるように意図されている。

シリンダは熱負荷及びねじの締付力によつて変
形して、シリンダヘツドと気密に結合する。ピス
トンはこれらの非円形化その他の変形に従わなけ
ればならないが、与えられた遊隙や弾性によりそ
れらに対する適合が可能となる。ピストンの遊隙
やピストンスカートの膨張抑制作用及び変形は互
いに関連して、シリンダ内におけるピストンの直
線運動に対する決定的要因となる。ピストンはい
かなる構造のものであれ、十分な剛性、形状不変
性及び膨張抑制機能に基いて各要件間に一種の妥
協が図られているが、それは遊隙が部分負荷或い
は全負荷下における内燃機関の運転中絶えず変動
するからである。

ピストンピン用ボス部におけるピストンスカー
ト部の肉厚及び支持はピストンの剛性、即ちピス
トンスカート部の負荷による変形に対する抵抗の
決定的要因である。ピストンが移動する間、軽合
金ピストンはシリンダ内で傾いて、スカート上縁
部がシリンダの片側に、またスカート下縁部がそ
の反対側に夫々当接する。力の作用点が変化する
為に、スカート部の剛性に対する条件も変化し、
それはより低い、或いは高い値になる。高い剛性
の場合には、一般にピストンのシリンダ内での傾
斜は僅かとなつて、スカートの他の部分がシリン
ダから離れるのが防止される。

ピストンの運動特性に影響する要因としてはま
た、ピストンスカート部の外周面の形状及びその
卵形性が挙げられる。ピストンスカート部の外周
面は、特定の箇所に圧力がかからず、またピスト
ンが死点において傾いてころがり接触し、更にピ
ストンが潤滑油膜上により良好に浮き得るような
形状とされる。ピストンスカート部の卵性性は、
スカート部の変形及び張力、摩擦効率並びに水力
学的潤滑に影響を及ぼす。公知の例として、スカ
ート負荷部をスリツトにより高温のピストンヘツ
ド部から隔て、これによりスカート負荷部の膨張
を少なくした割りスカートピストンがある。横方
向に形成したスリツトは膨張抑制効果を、また縦
方向のスリツトはスカートに大きな弾性を夫々付
与する。

この割りスカートピストンは、長期にわたる運
転後に永久変形を生じる為非常に不安定であり、
またこの変形は激しい騒音や或いはピストンスカ
ート部に割れ目を生じさせる。この種のピストン
は、スリツトの形状等について多くの改善が試み
られたけれども、内燃機関に課せられた諸要件を
満すには至つていない。割りスカートピストンの
弾性スカートはその弾力によつて熱膨張を補償す
るのみならず、内燃機関の負荷運転時において作
用圧に起因する側方力によつて遊隙が増大する。
それ故、このようなピストンは、高負荷の内燃機
関には十分には適合し得ない。

本発明の目的は、上述のようなピストンに課せ
られた諸要件、即ち十分な剛性、形状不変性及び
膨張抑制機能の間に改善された妥協点を見出すこ
と、並びにどのような運転条件下においても、エ
ンジンの運転に際してのいろいろの条件に適合す
るピストンを提供することである。

本発明は、冒頭に述べた軽合金ピストンにおい
て、ピストンスカート部の上記両側部分のうちの
一方の部分がピストンピンの軸方向に対して30〜
60゜の角度で延びる支持リブ部を介してピストン
ピン用ボス部と結合され、かつ上記両側部分のう
ちの他方の部分がピストンピンの軸方向に対して
ほぼ90゜の角度で延びる支持リブ部を介してピス
トンピン用ボス部と結合されていることを特徴と
するものである。

ピストンスカート部の上記両側部分はピストン
スカートの開放端において閉リング状に一体化さ
れているのが好ましい。

ピストンピンの軸方向に対してほぼ90゜の角度
で延びる支持リブ部間の距離はピストン直径の65
〜75％であるのが好ましい。

膨張抑制手段の種類及び配置は、内燃機関にお
ける膨張抑制ピストンの熱負荷及び機械的負荷に
大きく左右される。この為、膨張抑制効果を得る
方法として、ピストンの形状に合せた鋼板製閉リ
ングを、ピストンスカート部の上端でかつピスト
ンピン用ボス部とピストンスカート側のリング溝
との間の領域内に埋込むのが好ましい。

この膨張抑制システムにおいて、ピストンスカ
ート部の少なくとも一方の側に横方向に延びるス
リツトをスカート部側のリング溝に80〜90゜の中
心角にわたり形成すると、膨張抑制効果をより増
大することができる。

ピストンスカート部の外周面を以上のような構
成に適合させると、均一な遊隙及び良好な負荷パ
ターンが得られ、かつピストンスカート部の変形
が僅少化し、更にピストンの運動特性が改善され
る。

本発明による好ましい構成においてはまた、膨
張抑制の為の１個又は２個の鋼製弓形部材がピス
トンスカート部の負荷領域の内周面でかつスカー
ト上縁部付近に埋込まれる。この鋼製の膨張抑制
部材はピストンピン用ボス部に固定される。ピス
トンスカート部の支持を良好にする為、ピストン
ヘツド部の内面からピストンピン用ボス部間に延
びて一体的に鋳造された環状の突出部分が設けら
れても良い。またピストンスカート部側のリング
溝を形成する際に鋼製の膨張抑制部材の上縁部を
露出させることによつて膨張抑制効果を増大する
こともできる。

以上に述べた構成は、内燃機関の形態に応じ
て、その内燃機関の長期にわたる運転後もピスト
ンの運動特性を良好に保持するものである。とい
うのは、横方向に働く力により生じるピストンの
傾き運動が、ピストンスカート部の高い安定性、
接合面における単位面積当りの圧力の均一性、並
びに対向する接合面における理論的には同様の影
響を伴う良好な膨張抑制効果によつて防止される
からである。変形に対する抵抗性が大きい部分と
横方向スリツトによる弾性を有する部分とを具備
する以上に述べた膨張抑制ピストンは、シリンダ
内において直線的に運動し、その結果騒音防止に
も効果がある。

次に、本発明を高負荷内燃機関用鋳造軽合金ピ
ストンに適用した実施例につき添付図面を参照し
て説明する。

先ず、本発明の第１実施例を第１図〜第３図を
参照して説明する。ピストンは、ピストンリング
を取付ける為のリング地帯２を具備するピストン
ヘツド部１と、非対称な形状を有するピストンス
カート部５とから成つている。膨張抑制効果及び
永久変形に対する安定性を得る為に、非対称なピ
ストンスカート部５の一方の部分（圧力側）はピ
ストンピンの軸方向に対して45゜の角度にて延び
る支持リブ部６，７を介してピストンピン用ボス
部３，４と結合され、これと対向配置される他方
の部分（非圧力側）はピストンピンの軸方向に対
して90゜の角度にて延びる支持リブ部８を介して
ピストンピン用ボス部３，４に対して支持されて
いる。ピストンピン用ボス部３，４の下方に位置
するピストンスカート部の開放端において、両ピ
ストンスカート部分は互いに結合されてリング状
に閉じている。

ピストンスカート部の上部付近には、ピストン
スカート部側のリング溝１０の下方において鋼板
製の閉リング１１が埋込まれている。横に延びて
形成されたスリツト１２は、ピストンヘツド部１
からピストンスカート部に熱が伝導するのを防止
し、これによつてピストンスカート部は低温度に
保持され、従つて熱膨張を少なくすることができ
る。

第４図〜第６図に示す本発明の第２の実施例に
よる高負荷内燃機関用の軽合金ピストンでは、所
望の膨張抑制の為に、ピストンピン用ボス部１
３，１４に弓形の鋼部材１５が圧力側及びその逆
の側、或いはこれらの片側のみに埋込まれて固定
されている。鋼部材１５の埋込みは、リング溝１
６の加工形成に際しその鋼部材１５の上端を切り
取り得るように行われる。鋼部材１５とピストン
ヘツド部１７の内側面に設けられた突出部１８と
の間には、間隙１９が形成されている。ピストン
が加熱されると、この間隙１９が閉じてピストン
スカート部２０の上縁は突出部１８で支承される
ようになつている。更に、ピストンピンの軸方向
に対して45゜若しくは90゜の角度で延びる支持リ
ブ部２１によつて支持されるスカート部の効果
で、その膨張制御をエンジンに要求される諸条件
に適合させることが可能である。

以下において本発明を上述の実施例を例示して
概略的に要約する。

本発明によるピストンでは、ピストンスカート
部５にピストンピン用ボス部３，４の近傍で凹み
が形成され、ピストンピン用ボス部３，４と結合
されているピストンスカート部５は互いに構造の
異なる２つの部分から成つている。エンジンの種
種の運転条件への適合性を改善する為、ピストン
スカート部５の一方の部分はピストンピンの軸方
向に対して30〜60゜の角度で延びる支持リブ部
６，７を介して、またピストンスカート部５の他
方の部分はピストンピンの軸方向に対してほぼ90
゜の角度で延びる支持リブ部８を介して夫々ピス
トンピン用ボス部３，４に結合されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるピストンの一
部分を切り欠いた正面図、第２図は第１図の−
線断面図、第３図は第１図のピストンの圧力側
から非圧力側に向う中心線に沿つた縦断面図、第
４図は本発明の別の実施例によるピストンの一部
分を切り欠いた正面図、第５図は第４図の−
線断面図、第６図は第４図のピストンの圧力側か
ら非圧力側に向う中心線に沿つた縦断面図であ
る。 なお図面に用いた符号において、１……ピスト
ンヘツド部、３，４……ピストンピン用ボス部、
５……ピストンスカート部、６，７，８……支持
リブ部、１０……リング溝、１３，１４……ピス
トンピン用ボス部、１６……リング溝、１７……
ピストンヘツド部、２０……ピストンスカート
部、２１……支持リブ部、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストンスカート部が、ピストンピン用ボス
   部の開口近傍部分でピストンの外周面に対して凹
   んでおり、かつピストンピンを挟む上記ピストン
   スカート部の両側の部分が互いに非対称に構成さ
   れている内燃機関用軽合金ピストンにおいて、 上記両側部分のうちの一方の部分がピストンピ
   ンの軸方向に対して30゜〜60゜の角度で延びる支
   持リブ部を介してピストンピン用ボス部と結合さ
   れ、 上記両側部分のうちの他方の部分がピストンピ
   ンの軸方向に対してほぼ90゜の角度で延びる支持
   リブ部を介してピストンピン用ボス部と結合され
   ていることを特徴とするピストン。 ２ ピストンスカート部の上記両側部分のうちの
   上記一方の部分がピストンピンの軸方向に対して
   ほぼ45゜の角度で延びる支持リブ部を介してピス
   トンピン用ボス部と結合されている特許請求の範
   囲第１項に記載のピストン。 ３ ピストンピンの軸方向に対してほぼ90゜の角
   度で延びる支持リブ部間の間隔がピストン直径の
   65〜75％である特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載のピストン。 ４ ピストンスカート部の上端部でピストンピン
   用ボス部と最もピストンスカート部側に近いリン
   グ溝との間の領域に鋼板製閉リングが埋込まれて
   いる特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１
   項に記載のピストン。 ５ ピストンスカート部の両側部分のうちの少な
   くとも一方の部分において、最もピストンスカー
   ト部側に近いリング溝内に80〜90゜の中心角にわ
   たり横方向に延びるスリツトが設けられ、これに
   よりピストンスカート部がピストンヘツド部から
   隔てられるようにした特許請求の範囲第１項〜第
   ４項のいずれか１項に記載のピストン。 ６ ピストンスカート部の少なくとも１つの負荷
   領域の内周に沿つてかつピストンスカート部の上
   端付近に弓形の鋼製膨張抑制部材が配設され、こ
   の膨張抑制部材がピストンピン用ボス部に固定さ
   れている特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれ
   か１項に記載のピストン。 ７ 弓形の鋼製膨張抑制部材が、ピストンヘツド
   部の内側面からピストンピン用ボス部の間へ延び
   ている突出部によつて支持されている特許請求の
   範囲第６項に記載のピストン。 ８ 最もピストンスカート側に近いリング溝を加
   工する際に、鋼製膨張抑制部材の上縁がほぼその
   全周にわたつて露出するように加工されることに
   よつて構成された特許請求の範囲第６項又は第７
   項に記載のピストン。