JP2005155324A - Piston profile processing method for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のピストンプロフィール加工方法に関し、詳しくは、潤滑油の消費量を長期間に渡って低く維持する対策に係わる。 The present invention relates to a method for processing a piston profile of an internal combustion engine, and more particularly, to measures for keeping the consumption amount of lubricating oil low over a long period of time.
一般に、内燃機関のピストンプロフィールは、潤滑油の消費量、シリンダライナの振動に起因する騒音やキャビテーションエロージョン、更にはピストンやリングの焼き付き等の問題と深い関係がある。 In general, the piston profile of an internal combustion engine is closely related to problems such as consumption of lubricating oil, noise and cavitation erosion caused by vibration of the cylinder liner, and seizure of the piston and ring.
そのため、従来より、最適なピストンプロフィールを決定する方法としては、熱変形解析からピストン運転中の熱変形量を求め、実績あるピストンプロフィールに合致させるようにして決定することが行われているが、最適なピストンプロフィールを決定するには、エンジン各部の寸法諸元や運転条件などが微妙に影響するために非常に困難なものであった。 Therefore, conventionally, as a method for determining the optimum piston profile, the amount of thermal deformation during piston operation is obtained from thermal deformation analysis, and it is determined so as to match the proven piston profile. It was very difficult to determine the optimum piston profile because the dimensions and operating conditions of each part of the engine had subtle effects.
一方、近年の排ガス規制の強化に伴い、PM(パティキュレート・マター)の構成要素であるHCの原因となり得る潤滑油の消費量を低減させる要求が非常に強くなる傾向にある。このため、最適なピストンプロフィールを決定する上で、上述の如きトライアンドエラーの試行錯誤に頼らざるを得ないのが現状であった。 On the other hand, with the recent tightening of exhaust gas regulations, demands for reducing the consumption of lubricating oil that can cause HC, which is a component of PM (particulate matter), tend to become very strong. For this reason, in determining the optimum piston profile, it has been necessary to rely on trial and error of the trial and error as described above.
ところで、ピストンリングのうち、ピストンの燃焼室側に位置するトップリングは、燃焼ガスをシールし、セカンドランド部(トップリング溝とその下のセカンドリング溝との間)での潤滑油温度の上昇を抑えると共にガス圧を低く維持することで、トップリングの挙動を安定化させ、潤滑油の消費量を低く押さえる機能を有している。その場合、潤滑油の消費量を長時間に渡って低く抑える上で、トップリングのシリンダライナに対する摺動面形状を適正に維持、つまりトップリングのシリンダライナに対する摺動面の摩耗角度を適正に維持する必要があることは、従来より知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
ところで、ピストンには、圧縮行程から膨張行程に移る上死点付近で大きなスラスト力が作用するため、該ピストンがスラスト力によりピストンピン回りにスラスト側に回転(ピストンの重心位置がピストンピンより上にあるため)しながら、ピストンは横移動し、ピストンの外周部の一点がシリンダライナの摺動面に衝突し、その衝突点を支点にしてピストンが回転する、所謂首振り運動が発生する。このような首振り運動が発生すると、トップリングのシリンダライナに対する摺動面が最も摩耗するため、首振り運動発生時(スラスト力作用時)のピストンの倒れ量と、トップリングのシリンダライナに対する摺動面の摩耗角度との間には深い関係がある。 By the way, since a large thrust force acts on the piston near the top dead center where the compression stroke moves to the expansion stroke, the piston rotates to the thrust side around the piston pin by the thrust force (the center of gravity of the piston is above the piston pin). However, the piston moves laterally, and one point of the outer peripheral portion of the piston collides with the sliding surface of the cylinder liner, and a so-called swing motion is generated in which the piston rotates with the collision point as a fulcrum. When such a swing motion occurs, the sliding surface of the top ring with respect to the cylinder liner wears most, so the amount of piston collapse when the swing motion occurs (when the thrust force acts) and the sliding of the top ring with respect to the cylinder liner. There is a deep relationship between the wear angle of the moving surface.
その場合、ピストンの倒れ方向は、ピストンのプロフィールにより異なり、具体的には、運転中のピストンの最大径がピストンピンよりも下側にある所謂釣鐘形ピストンであればピストン頂部がピストンピン回りにスラスト側に倒れる。一方、ピストンの最大径がピストンピンよりも上側にある所謂、樽形ピストンであればピストン頂部がピストンピン回りに反スラスト側に倒れることになる。このように、ピストンに強いスラスト力が作用して上死点付近で首振り運動をするときには、トップリングの上面および背面にも強い筒内圧力が作用しているため、トップリングがトップリング溝下面とシリンダの摺動面とに強く押し付けられた状態でシリンダライナの摺動面を摺動し、トップリングのシリンダライナに対する摺動面は、概ねトップリング溝下面とシリンダライナの摺動面とのなす角度で摩耗することになる。つまり、トップリングのシリンダライナに対する摺動面は、スラスト側と反スラスト側とにおいてピストンの倒れ量の2倍に相当する摩耗角度差が生じることになる。従って、ピストンの倒れ量が大きい場合には、スラスト側(または反スラスト側)において適正な摩耗角度が得られても、反スラスト側(またはスラスト側)において不適正な摩耗角度となり、潤滑油の消費量が増大する。 In that case, the direction in which the piston falls is different depending on the profile of the piston. Specifically, if the maximum diameter of the piston in operation is a so-called bell-shaped piston below the piston pin, the top of the piston is around the piston pin. It falls to the thrust side. On the other hand, in the case of a so-called barrel-shaped piston in which the maximum diameter of the piston is on the upper side of the piston pin, the top of the piston falls to the anti-thrust side around the piston pin. In this way, when a strong thrust force acts on the piston and swings near the top dead center, a strong in-cylinder pressure acts on the top ring and the back of the top ring. The sliding surface of the cylinder liner is slid against the lower surface and the sliding surface of the cylinder. The sliding surface of the top ring with respect to the cylinder liner is roughly the bottom surface of the top ring groove and the sliding surface of the cylinder liner. It will be worn at an angle between. In other words, the sliding surface of the top ring with respect to the cylinder liner has a wear angle difference corresponding to twice the amount of piston collapse between the thrust side and the anti-thrust side. Therefore, when the amount of tilting of the piston is large, even if an appropriate wear angle is obtained on the thrust side (or anti-thrust side), an inappropriate wear angle is obtained on the anti-thrust side (or thrust side). Consumption increases.
また、ピストンプロフィールが不適正でピストンの倒れ量が大きいと、首振り運動時のトップリングのシリンダライナ摺動面上を摺動する速度や距離が増大し、トップリング下面での燃焼ガスのシール性悪化や、トップリングやシリンダライナの摺動面の摩耗量増大を招き、潤滑油消費量の増大を招くだけでなく、ピストンがシリンダライナに衝突する際の衝撃力が過大となり、シリンダライナの振動・騒音の増大や、場合によってはシリンダライナのキャビテーションエロージョンを招くことになる。 In addition, if the piston profile is inappropriate and the amount of tilting of the piston is large, the speed and distance of sliding on the cylinder liner sliding surface of the top ring during swinging motion will increase, and the combustion gas seal on the bottom surface of the top ring will increase. In addition to the deterioration of performance and the amount of wear on the sliding surface of the top ring and cylinder liner, this not only increases the amount of lubricating oil consumption, but also the impact force when the piston collides with the cylinder liner becomes excessive. This increases vibration and noise, and in some cases, causes cavitation erosion of the cylinder liner.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潤滑油の消費量を長期間に渡って低く維持し、かつ騒音低減およびシリンダライナのキャビテーションエロージョンを防止することができる内燃機関のピストンプロフィール加工方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to keep the consumption of the lubricating oil low over a long period of time and to reduce noise and prevent cavitation erosion of the cylinder liner. An object of the present invention is to provide a method for machining a piston profile of an internal combustion engine.
上記目的を達成するため、請求項1に係わる発明が講じた解決手段は、内燃機関のピストンプロフィール加工方法として、トップリング溝内で例えばピン方向にトップリング合口部を固定したピストンを組み込んだ内燃機関を所定の運転条件下で運転した後、上記トップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度をそれぞれ計測し、その計測結果に基づいてトップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度差を極力小さくするようにピストンプロフィールを加工するようにしている。 In order to achieve the above object, the solution of the invention according to claim 1 is an internal combustion engine in which a piston having a top ring abutment fixed in a pin direction in a top ring groove is incorporated as a piston profile processing method for an internal combustion engine. After the engine is operated under predetermined operating conditions, the wear angle of the top ring on the thrust side and the anti-thrust side with respect to the sliding surface of the cylinder liner is measured, and based on the measurement result, the thrust side of the top ring and The piston profile is machined so as to minimize the wear angle difference with respect to the sliding surface of the cylinder liner on the anti-thrust side.
この特定事項により、トップリングをトップリング溝に回り止めして固定したピストンを組み込んだ内燃機関を所定の運転条件下で運転したのち、そのトップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度を計測することにより、その摩耗角度差の1/2の角度が圧縮行程から膨張行程に移る上死点付近でのスラスト力による首振り運動時の倒れ量として把握される。このピストンの倒れ量は、概ね全行程中の最大のピストン倒れ量(倒れ角度)に相当するため、ピストンの倒れ方向と倒れ量からピストンの各部位でのピストンプロフィールをどの程度形状変更すれば良いかが容易にかつ正確に判明する。 Due to this specific matter, after operating an internal combustion engine incorporating a piston with the top ring locked against the top ring groove under predetermined operating conditions, the cylinder liners on the thrust side and the anti-thrust side of the top ring are operated. By measuring the wear angle with respect to the sliding surface, a half of the wear angle difference is grasped as the amount of fall during the swinging motion due to the thrust force near the top dead center where the compression stroke moves to the expansion stroke. . Since the amount of piston collapse generally corresponds to the maximum amount of piston collapse (fall angle) during the entire stroke, how much the shape of the piston profile at each part of the piston should be changed based on the direction and amount of piston collapse. Is easily and accurately determined.
これにより、トップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度の計測結果に基づいてトップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度差を極力小さくするようにピストンプロフィールを加工すれば、ピストンの運転中の倒れ量が低く抑えられることになり、トップリングのスラスト側および反スラスト側の全周に渡ってシリンダライナの摺動面に対する摩耗形状が適正に維持され、潤滑油の消費量を長期間に渡って低く抑えることが可能となる。 Thus, based on the measurement result of the wear angle with respect to the sliding surface of the cylinder liner on the thrust side and the anti-thrust side of the top ring, the difference in wear angle with respect to the sliding surface of the cylinder liner on the thrust side and the anti-thrust side of the top ring. If the piston profile is machined so that the piston is as small as possible, the amount of tilting during the operation of the piston can be kept low, and the entire circumference of the top ring on the thrust side and the anti-thrust side is against the sliding surface of the cylinder liner. The wear shape is properly maintained, and the amount of lubricating oil consumed can be kept low over a long period of time.
しかも、ピストンの運転中の倒れ量が低く抑えられることにより、ピストンの運転中のスラスト力による首振り運動によってシリンダライナに衝突する際の衝撃荷重が低く抑えられ、シリンダライナの振動・騒音を低減させることが可能となる上、シリンダライナのキャビテーションエロージョンを防止することが可能となる。 In addition, the amount of tilting during operation of the piston is kept low, so that the impact load when colliding with the cylinder liner due to the swinging motion caused by the thrust force during operation of the piston is kept low, reducing vibration and noise of the cylinder liner. In addition, the cavitation erosion of the cylinder liner can be prevented.
以上、説明したように、本発明によれば、トップリング溝内でトップリングを回り止めしたピストンを組み込んだ内燃機関を所定の運転条件下で運転した後、トップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度をそれぞれ計測した計測結果に基づいてトップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度差を極力小さくするようにピストンプロフィールを加工することで、ピストンの運転中の倒れ量を低く抑えて、トップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗形状を適正に維持し、潤滑油の消費量を長期間に渡って低く抑えることができる。しかも、ピストンの運転中のスラスト力による首振り運動によってシリンダライナに衝突する際の衝撃荷重を低く抑え、シリンダライナの振動・騒音を低減させることができる上、シリンダライナのキャビテーションエロージョンを防止することができる。 As described above, according to the present invention, after operating an internal combustion engine incorporating a piston whose top ring is prevented from rotating in a top ring groove under predetermined operating conditions, the thrust side and the anti-thrust side of the top ring The piston profile is adjusted to minimize the difference in wear angle with respect to the sliding surface of the cylinder liner on the thrust side and anti-thrust side of the top ring based on the measurement results of the wear angle with respect to the sliding surface of the cylinder liner. By processing, the amount of tilting of the piston during operation is kept low, the wear shape on the sliding surface of the cylinder liner on the thrust side and the anti-thrust side of the top ring is properly maintained, and the amount of lubricant consumption is increased. Can be kept low over time. In addition, the impact load when colliding with the cylinder liner due to the swinging motion of the thrust force during operation of the piston can be kept low, the vibration and noise of the cylinder liner can be reduced, and cavitation erosion of the cylinder liner can be prevented. Can do.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1および図2は、本発明の実施例1に係る4サイクル内燃機関のピストン構造を示すピストンの外形図であって、このピストンとしては、その下部のスカート部10の最大径がピストンピン14よりも下側にあって、スカート部10の下端に行くに従い徐々に張出し量が多くなるような、いわゆる釣鐘形に形成された釣鐘形ピストン1が適用されている。
FIGS. 1 and 2 are external views of a piston showing the piston structure of the four-cycle internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. As the piston, the maximum diameter of the
この釣鐘形ピストン1の上部には、最上位に位置するトップリング溝11と、その下に順に位置する3つのピストンリング溝12〜14とがそれぞれ設けられている。
A
また、上記釣鐘形ピストン1の下部側には、図示しないクランク軸方向(図1では紙面手前奥方向)に延びるピストンピン15が設けられている。このピストンピン15は、図示しないコンロッドを介してクランク軸に連結されている。そして、図2および図3に示すように、上記釣鐘形ピストン1のトップリング溝11には、合口部31を有する有端環状のトップリング3が嵌着されている。また、上記各ピストンリング溝12〜14には、図示しない合口部を有する有端環状のピストンリング4(図では最上位のもののみ示す)がそれぞれ嵌着されている。なお、16は、トップリング溝11とその下の最上位のピストンリング溝12との間に位置する釣鐘形ピストン1のセカンドランド部である。
A
上記各ピストン1には、圧縮行程から膨張行程に移る上死点付近で大きなスラスト力Fが作用するため、該釣鐘形ピストン1がスラスト力Fによりピストンピン15回りに反スラスト側に回転(ピストン1の重心がピストンピン15よりも上にあるため)しながら、ピストン1は横移動し、ピストン1の外周部の一点がシリンダライナ5の摺動面51に衝突し、その衝突点を支点にしてピストン1が矢印N方向(スラスト方向)に回転する、所謂首振り運動が発生するようになっている。この場合、釣鐘形ピストン1は、図1に示すように、衝突点がピストンピン15よりも下側にあるため、釣鐘形ピストン1頂部が衝突点を支点にしてスラスト側に回転、つまりピストン中心軸pが矢印N方向に傾斜角度θ{単位:′(1/60゜)}だけ傾斜することになる。
A large thrust force F acts on each piston 1 in the vicinity of the top dead center where the compression stroke moves to the expansion stroke. Therefore, the bell-shaped piston 1 is rotated around the
そして、釣鐘形ピストン1に強いスラスト力Fが作用して上死点付近で首振り運動をするときには、トップリング3の上面および背面にも強い筒内圧力が作用しているため、図4および図5に示すように、トップリング3がトップリング溝11下面とシリンダライナ5の摺動面51とに強く押し付けられた状態でシリンダライナ5の摺動面51を摺動し、トップリング3のシリンダライナ5に対する摺動面(外周面)は、概ねトップリング溝11下面に対し直交する直交線yとシリンダライナ5の摺動面51とのなす角度θ1,θ2で摩耗されることになる。つまり、トップリング3のシリンダライナ5に対する摺動面(外周面)は、スラスト側と反スラスト側とにおいてトップリング溝11下面に対し直交する直交線yとシリンダライナ5の摺動面51とのなす角度がθ1,θ2とスラスト側と反スラスト側で摩耗角度に差が生じ、その差(符号を考慮した)はピストン1の倒れ量(倒れ角度θ)の2倍に相当する。
When a strong thrust force F acts on the bell-shaped piston 1 and swings near the top dead center, a strong in-cylinder pressure is also acting on the upper surface and the rear surface of the
この場合、ピストン1の倒れ量が大きいと、スラスト側において適切な摩耗角度θ1が得られても、反スラスト側において不適切な摩耗角度θ2になって潤滑油の消費量が増大することになる。また、ピストン1の倒れ量(倒れ角度θ)は、
θ=|θ1−θ2|/2
で求められる。
In this case, if the amount of tilting of the piston 1 is large, even if an appropriate wear angle θ1 is obtained on the thrust side, an inappropriate wear angle θ2 is obtained on the anti-thrust side, and the amount of consumption of the lubricating oil increases. . In addition, the amount of tilting of the piston 1 (falling angle θ) is
θ = | θ1-θ2 | / 2
Is required.
ここで、釣鐘形ピストン1のピストンプロフィールの加工方法の一例を図6および図7に基づいて説明する。 Here, an example of the processing method of the piston profile of the bell-shaped piston 1 will be described with reference to FIGS.
まず、釣鐘形ピストン1に作用するスラスト力によって衝突点を支点としてスラスト方向に回転する釣鐘形ピストン1の回転方向と直交するピストンピン15方向でトップリング3の合口部31を固定する。これは、釣鐘形ピストン1の場合、図6中二点鎖線で示すように、トップリング3の合口部31が、ピストン1が矢印N方向(スラスト側)に回転する首振り運動の発生時にスラスト側に固定されていれば、潤滑油の消費率が非常に多くなるものの、これと正対する反スラスト側の略180°の範囲に固定されていれば、潤滑油はほぼ一定の低い消費率で済むからである。具体的には、図2および図3に示すように、釣鐘形ピストン1のトップリング3の合口部31は、該ピストン1に作用するスラスト力Fによって衝突点を支点にスラスト側(矢印N方向)に回転するピストン1の回転方向と直交するピストンピン15方向において、トップリング溝11に嵌挿されたノックピン35によってトップリング3が回り止めされて固定されている。この場合、トップリング3の合口部31の上部には、ノックピン35に対し当接してトップリング3の回りを規制する略四分の一円弧状の切欠部31a,31aが互いに対応して設けられている。
First, the
次いで、ピストンピン15方向でノックピン35によりトップリング3を回り止めした釣鐘形ピストン1を組み込んだ図示しないエンジン(内燃機関)を所定の運転条件下で運転する。
Next, an engine (internal combustion engine) (not shown) incorporating the bell-shaped piston 1 in which the
その後、エンジンから釣鐘形ピストン1を取り外し、上記トップリング3のスラスト側および反スラスト側でのトップリング3下面に対するトップリング3摺動面の摩耗角度を計測し、トップリング3下面の直角面からの差としてシリンダライナ5の摺動面51に対する摩耗角度θ1,θ2を求める。
Thereafter, the bell-shaped piston 1 is removed from the engine, and the wear angle of the sliding surface of the
しかる後、トップリング3のスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナ5の摺動面51に対する摩耗角度θ1,θ2の計測結果に基づいてトップリング3のスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナ5の摺動面51に対する摩耗角度差を極力小さくするようにピストンプロフィールを加工する。
Thereafter, the
具体的なピストンプロフィールの加工手順については、図7を用いて説明する。この場合、釣鐘形ピストン1の倒れ量(倒れ角度)が、ある基準値θ0以下であればピストンプロフィールの修正は必要がなく、基準値θ0以上であればピストンプロフィールの修正が必要になる。しかし、ここでいう基準値θ0とは、所定の運転条件が必ずしもエンジンの最大負荷条件とは限らないことや仕組時の変形のバラツキ、更には長期間使用による冷却性能の劣化からくる熱変形量の増加等を考慮し決定されるべき値で、経験的に決定される値である。 A specific processing procedure of the piston profile will be described with reference to FIG. In this case, it is not necessary to correct the piston profile if the tilting amount (falling angle) of the bell-shaped piston 1 is not more than a certain reference value θ0, and if it is not less than the reference value θ0, it is necessary to correct the piston profile. However, the reference value θ0 here means that the predetermined operating condition is not necessarily the maximum load condition of the engine, variation in the deformation at the time of construction, and further, the amount of thermal deformation resulting from deterioration of the cooling performance due to long-term use This is a value that should be determined in consideration of an increase in the value, and is determined empirically.
まず、ピストンプロフィールは一般に直径で表示されるため、所定の運転条件での運転中に作用する温度分布による熱変形や筒内圧力による機械的な変形を応力(変形)解析プログラム等を用いて求め、各点の変形量を2倍して加工用のピストンプロフィール(表示せず)に加え、運転中のピストンプロフィールa(図7に破線で示す)を求める。 First, since the piston profile is generally displayed as a diameter, thermal deformation due to temperature distribution acting during operation under predetermined operating conditions and mechanical deformation due to in-cylinder pressure are obtained using a stress (deformation) analysis program or the like. The amount of deformation at each point is doubled, and in addition to the piston profile for processing (not shown), the piston profile a during operation (shown by a broken line in FIG. 7) is obtained.
次いで、ピストン1のピストンプロフィールaに接する最大径線b(ピストン中心軸pと平行な線)を引き、そのピストン中心軸p側に摩耗角度差|θ1−θ2|(スラスト力Fによるピストン中心軸pの倒れ量θの2倍の角度)に相当する角度傾けた接線cを引く。そして、この接線cと最大径線bとの交点dを通りかつ最大径線bに対しピストン中心軸p側に基準値θ0傾けた仮想線e(図7に二点鎖線で示す)を最大径線bと接線cとの間に引く。 Next, a maximum diameter line b (a line parallel to the piston center axis p) in contact with the piston profile a of the piston 1 is drawn, and a wear angle difference | θ1-θ2 | (the piston center axis by the thrust force F) on the piston center axis p side. A tangent line c inclined at an angle corresponding to an angle twice the tilt amount θ of p) is drawn. An imaginary line e (indicated by a two-dot chain line in FIG. 7) passing through the intersection d of the tangent line c and the maximum diameter line b and inclined with respect to the maximum diameter line b toward the piston central axis p by the reference value θ0 is the maximum diameter. Draw between line b and tangent c.
それから、仮想線eと最大径線bとに接するピストン本体hのピストンプロフィールf(図7に太実線で示す)を求める。リングランド部rおよびトップ部tのピストンプロフィールf,fは、当該部分の径の変化量をリングランド部rおよびトップ部tでのピストンプロフィールa,aにそれぞれ加えることにより求められる。 Then, a piston profile f (shown by a thick solid line in FIG. 7) of the piston main body h in contact with the virtual line e and the maximum diameter line b is obtained. The piston profiles f and f of the ring land portion r and the top portion t are obtained by adding the amount of change in the diameter of the portion to the piston profiles a and a at the ring land portion r and the top portion t, respectively.
従って、修正後の加工用のピストンプロフィールは、修正された運転中のピストンプロフィールfから最初に加えた運転中の変化量(温度分布による熱変形量と筒内圧力による機械的変形量)を差し引くことにより求められる。 Therefore, the modified piston profile for machining is subtracted from the modified operating piston profile f, the amount of operation change (thermal deformation due to temperature distribution and mechanical deformation due to in-cylinder pressure) first added. Is required.
この場合、一般に筒内圧力による機械的な変形量は小さいため、運転中のピストンプロフィールaを求めるにあたって温度分布による熱変形だけを考慮して行ってもよい。 In this case, since the amount of mechanical deformation due to the in-cylinder pressure is generally small, only the thermal deformation due to the temperature distribution may be considered in obtaining the piston profile a during operation.
このように、上記実施例では、トップリング3をトップリング溝11に回り止めして固定したピストン1を組み込んだエンジンを所定の運転条件下で運転したのち、そのトップリング3のスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナ5の摺動面51に対する摩耗角度θ1,θ2を計測することにより、その摩耗角度差|θ1−θ2|の1/2の角度θが圧縮行程から膨張行程に移る上死点付近でのスラスト力による首振り運動時の倒れ量として把握される。このピストン1の倒れ量は、概ね全行程中の最大のピストン倒れ量(倒れ角度)に相当するため、ピストン1の倒れ方向(スラスト側)と倒れ量θからピストン1の各部位(ピストン本体h、リングランド部rおよびトップ部t)でのピストンプロフィールa,…をどの程度形状変更すれば良いかが容易にかつ正確に判明する。
Thus, in the above embodiment, after the engine incorporating the piston 1 in which the
これにより、トップリング3のスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナ5の摺動面51に対する摩耗角度θ1,θ2の計測結果に基づいてトップリング3のスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナ5の摺動面51に対する摩耗角度差|θ1−θ2|を極力小さくするようにピストンプロフィールa,…を加工すれば、ピストン1の運転中の倒れ量が低く抑えられることになり、トップリング3のスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナ5の摺動面51に対する摩耗形状が適正に維持され、潤滑油の消費量を長期間に渡って低く抑えることができる。
Thereby, the
しかも、ピストン1の運転中の倒れ量が低く抑えられることにより、ピストン1の運転中のスラスト力による首振り運動によってシリンダライナ5に衝突する際の衝撃荷重が低く抑えられ、シリンダライナ1の振動・騒音を低減させることができる上、シリンダライナ5のキャビテーションエロージョンを防止することができる。
In addition, since the amount of collapse during the operation of the piston 1 is kept low, the impact load when the piston 1 collides with the
次に、本発明の実施例2を図8に基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
この実施例2では、運転中の釣鐘形ピストン1の熱変形量が不明である場合のピストンプロフィールの加工手順について述べる。 In this second embodiment, the processing procedure of the piston profile when the amount of thermal deformation of the bell-shaped piston 1 during operation is unknown will be described.
すなわち、運転中の釣鐘形ピストン1の熱変形量が不明である場合には、図8に示すように、加工用ピストンプロフィールg(図8に破線で示す)を用い、熱変形量が既知の場合と同様に、ピストン1のピストンプロフィールgに接する最大径線j(ピストン中心軸pと平行な線)を引き、ピストンプロフィールgに、摩耗角度差|θ1−θ2|(スラスト力Fによるピストン中心軸pの倒れ量θの2倍の角度)に相当する角度傾けた接線kを引く。そして、最大径線jに対しピストン中心軸p側に基準値θ0傾けたピストンプロフィールgに接する仮想線m(図8に二点鎖線で示す)を引く。 That is, when the amount of thermal deformation of the bell-shaped piston 1 during operation is unknown, as shown in FIG. 8, the processing piston profile g (shown by a broken line in FIG. 8) is used, and the amount of thermal deformation is known. Similarly to the case, the maximum diameter line j (line parallel to the piston center axis p) contacting the piston profile g of the piston 1 is drawn, and the wear angle difference | θ1-θ2 | (the piston center by the thrust force F) is drawn to the piston profile g. A tangent line k inclined at an angle corresponding to an angle twice the tilt amount θ of the axis p is drawn. Then, an imaginary line m (indicated by a two-dot chain line in FIG. 8) is drawn in contact with the piston profile g that is inclined toward the piston central axis p by the reference value θ0 with respect to the maximum diameter line j.
次に、接線kと仮想線mの当該部分の径の変化量をピストンプロフィールgに加えることにより、修正後のピストンプロフィールnが求められる。 Next, a corrected piston profile n is obtained by adding the amount of change in the diameter of the tangent line k and the imaginary line m to the piston profile g.
この場合、実施例2においても、上記実施例1の場合と同様の作用効果を得ることができる。 In this case, also in the second embodiment, it is possible to obtain the same function and effect as in the first embodiment.
なお、上記各実施例では、釣鐘形ピストン1のピストンプロフィールを加工する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えばピストンの最大径がピストンピンよりも上側にある所謂樽形ピストンにも適用することができるのはもちろんである。その場合、樽形ピストンは、スラスト力による首振り運動によってピストン頂部がピストンピン回りに反スラスト側に倒れることになる。 In each of the above embodiments, the case where the piston profile of the bell-shaped piston 1 is processed has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a so-called barrel-shaped piston whose maximum diameter is above the piston pin. Of course, it can also be applied to. In that case, the barrel-shaped piston falls to the anti-thrust side around the piston pin due to the swing motion by the thrust force.
1 釣鐘形ピストン(ピストン)
11 トップリング溝
3 トップリング
5 シリンダライナ
51 摺動面
a ピストンプロフィール
θ0 ピストンの倒れ量の基準値
θ1 トップリングのスラスト側での摩耗角度
θ2 トップリングの反スラスト側での摩耗角度
|θ1−θ2|
摩耗角度差
1 Bell-shaped piston (piston)
11
Wear angle difference
Claims (1)
トップリング溝内でトップリングを回り止めしたピストンを組み込んだ内燃機関を所定の運転条件下で運転した後、
上記トップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度をそれぞれ計測し、
その計測結果に基づいてトップリングのスラスト側および反スラスト側でのシリンダライナの摺動面に対する摩耗角度差を極力小さくするようにピストンプロフィールを加工することを特徴とする内燃機関のピストンプロフィール加工方法。
In a piston profile processing method for an internal combustion engine,
After operating an internal combustion engine that incorporates a piston that prevents the top ring from rotating in the top ring groove under predetermined operating conditions,
Measure the wear angle against the sliding surface of the cylinder liner on the thrust side and anti-thrust side of the top ring,
A piston profile machining method for an internal combustion engine, characterized in that a piston profile is machined so as to minimize a wear angle difference with respect to a sliding surface of a cylinder liner on the thrust side and the anti-thrust side of a top ring based on the measurement result .
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