JP2001508519A - 内燃機関ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関用のピストン。ピストン（２）は、シリンダ摩耗の危険を排除するために、最大直径（Ｄ１）の少なくとも０．３％の直径差を有するトップ・リング・ランドを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関ピストン 本発明は、内燃機関用のピストンに関する。このピストンは、実質的に円柱形 の本体から成り、この本体は、端面から間隔のある該本体の側面内にある、複数 の、軸方向に間隔をとって配置されたリング溝を有し、また、前記端面と最近接 リング溝との間にある円柱形本体の第一の部分が、一定でない横断面を有する、 ようなものである。 周知のように、内燃機関のピストンは、エンジン動作中に、燃焼室の熱と動的 な力の発生との影響により、その形を変える。 したがって、冷えた状態でのこのピストンの形状は、これらの形状変化に適合 し、ピストンとシリンダ壁との間に間隙が保たれるようにし、またこの間隙は、 ピストンにコークスが付着したときにシリンダの摩耗の危険があるほどには小さ くなく、かつ吸排気（ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ）と性能とに悪影響があるほどには大 きくない、というようにしなければならない。シリンダの摩耗は油消費量の増大 をもたらし、また剪断を発生させうる。 ピストンの形状は、エンジンブロックが加熱されたときにエンジンブロック自 体に発生する形状変化にも適合するものでなければならない。この形状変化は多 シリンダエンジンの外側シリンダが中央部シリンダに対して傾くという結果をも たらす。言い換えると、シリンダは、エンジン動作中にエンジンブロックが加熱 され、頂部が底部よりも大きく膨張するので、“扇”形となる。 エンジンブロックのこの形状変化にピストンの形状を適合させるために、通常 、ピストンを卵形断面を有するように作り、小径がエンジンの縦方向を向くよう にする。このピストン部分の大径と小径との差は、過去に知られているエンジン 設計の場合、約０．１５ｍｍよりも大きくない。すなわち、エンジンが冷えた状 態のとき、“通常の”いわゆるトップ・リング・ランド間隙は、エンジンの横方 向で０．４０ｍｍ、縦方向で０．５５ｍｍである。これは、１３１ｍｍのシリン ダ直径を有する公知のエンジンの場合、大径と小径との差が大径の約０．１％で あるということを意味する。しかし、ある種のエンジン設計では、シリンダの摩 耗の 危険を排除するのにこの聞隙で十分であるということは証明されていない。小さ なトップ・リング・ランド間隙がシリンダの摩耗の危険を増大させうるというこ とは公知である。この危険はピストンに大きなトップ・リング・ランド間隙を与 えることによって避けることができる。その場合の間隙は約２ｍｍになるが、し かしこの間隙は、吸排気と性能に悪影響を与える大きな有害容積（ｄｅｔｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｖｏｌｕｍｅ）を生じる。 本発明の目的は、冒頭で述べたタイプのピストンにおいて、吸排気と性能が最 小限よりも大きな影響を受けるような大きさの有害容積を作り出すことなくシリ ンダ摩耗を避けることのできるピストンを具体化することである。 これは、本発明により、ピストンのトップ・リング・ランドの断面の大径と小 径との差を大径の少なくとも０．３％とする発明によって実現される。 本発明は、まずどこでシリンダ摩耗が起こるかということを調べ、摩耗が起こ らない最小限の間隙を与えるトップ・リング・ランド卵形度を明らかにし、この 間隙を摩耗を受けるシリンダ部分において摩耗が避けられる大きさだけ増大させ る、という考えに基づく。実施した試験により、ある特定のエンジン設計の場合 、０．１５ｍｍ程度すなわち約０．１％の通常のトップ・リング・ランド卵形度 によっては摩耗は避けられず、０．３％からしか摩耗を排除できない、というこ とがわかった。 以下、添付の図面に示す例を参照しつつ、本発明をさらに詳しく説明する。図 １は、シリンダライニングを通る模式縦断面であり、本発明によるピストンの一 部分が示してある。図２は、図１のピストンを上から見たものであり、ピストン の卵形度が大きく誇張してある。 図１において、１は、ディーゼルタイプの多シリンダ内燃機関のシリンダライ ニングを示し、２は、ピストンの上部を示し、このピストンの下部（不図示）は 上部２と一体に作ることができ、あるいは上部２に結合した別個の部分とするこ とができる(すなわち、振り子型ピストン)。このピストンの上部２には、ピスト ンリング（不図示）用に、第一、第二、および第三のリング溝、それぞれ３、４ 、および５が設けられている。 このピストンのいわゆるトップ・リング・ランド、すなわち上面７と第一のピ ストンリング溝３の上部へり８との間のピストン部分６は、まず第一に、図１に 大きく誇張して示してあるようにわずかに円錐形であり、第二に、図２に大きく 誇張して示してあるように、卵形である。Ｄ１は基本円の直径すなわち卵形ピス トン部分６の最大直径を示し、Ｄ２はこの部分６の最小直径を示す。 実施した試験によれば、Ｄ１とＤ２との差は、ピストンのトップ・リング・ラ ンド６の高さｈのある部分全体にわたって、Ｄ１の少なくとも０．３％でなけれ ばならず、また最大差は３％を越えてはならない。シリンダライニングの内径が １３１ｍｍで、トップ・リング・ランドの卵形度が０．９９ｍｍのピストンを有 するエンジンに関して実施した試験において、冷えたエンジンのピストンとシリ ンダライニングとの間の最大間隙は、エンジンの縦方向で９．５ｍｍ、エンジン の横方向で０．５１ｍｍであった。トップ・リング・ランド卵形度が０．１５ｍ ｍの場合の、このエンジンにおけるシリンダ摩耗に関する前記の問題は、卵形度 を０．９９ｍｍに増大させ、直径差を約０．１％のかわりに約０．８％にするこ とにより、性能と吸排気に最小限を越える影響を与えることなく、完全に排除す ることができる、ということがわかった。 図２において、陰影部は、トップ・リング・ランドの真円から卵形へのずれを 示す。角α内の部分Ａは大径Ｄ１を有し、小さなトップ・リング・ランド間隙を 有するが、角β内の扇形Ｂは径が一定でなく中央で最小直径Ｄ２を有し、したが ってシリンダライニングに対して大きな間隙を有する扇形Ｂと小さな間隙を有す る扇形Ａとの間でのゆるやかな移行が実現される。扇形角αは、当該エンジンに 応じて、最小の１５°から最大の１２０°まで変えることができる。扇形の位置 は、試験により摩耗の危険のあることが明らかになった配置を考慮して決定され る。しかし、もっとも普通には、摩耗はエンジンの縦方向で起こり、したがって Ｄ２が縦方向に平行に配置される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．実質的に円柱形の本体（２）から成る内燃機関用のピストンであって、端面 （７）から間隔のある前記本体の側面内にある、複数の、軸方向に間隔をとって 配置されたリング溝（３，４，５）を有し、円柱形本体の第一の部分（６）が、 前記端面（７）と最近接リング溝（３）との間にあって、一定でない横断面を有 する、ようなピストンにおいて、前記横断面の最大直径（Ｄ１）と最小直径（Ｄ ２）との差が、前記第一の部分のすべての部分において最大直径（Ｄ１）の少な くとも０．３％であることを特徴とするピストン。 ２．前記横断面の最大直径（Ｄ１）と最小直径（Ｄ２）との差が、前記第一の部 分のすべての部分において最大直径（Ｄ１）の高々３％であることを特徴とする 請求項１に記載のピストン。 ３．前記直径（Ｄ１，Ｄ２）が端面（７）からリング溝（３）に向かって増大す ることを特徴とする請求項１または２に記載のピストン。 ４．定直径のシリンダ（１）内に収容されており、前記シリンダの直径と前記ピ ストン部分（２）の最小直径（Ｄ２）との差がシリンダ直径の３％よりも小さく 、一方シリンダ直径と前記ピストン部分（２）の最大直径（Ｄ１）との差がシリ ンダ直径の０．３％よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１ つに記載のピストン。