JPH02503104A - 内燃機関用の軽金属製往復動ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のための軽金属製往復ピストン本発明は、請求項１の上位概念に記載さ れた形式の内燃機関のための軽金属製往復ピストンに関する。

上記形式のピストンがＧＢ−ＰＳ第１２５６２４２号明細書より公知である。公 知のピストンでは、シャフトの上方端部に調整ストリップがはめ込まれている。

調整ストリップの幅はストリップの周方向にわたって変化しており、即ち、ピス トンの圧力側において最小となり、かつその対向圧力側において最大となってい る。その結果、シャフトの対向圧力側におけるシャフトの上方範囲の半径方向の 熱膨張が、圧力側におけるそのような熱膨張よりも小さくなる。加熱時に対向圧 力側におけるシャフトの上方範囲の膨張が小さいことにより、常温時においてシ ャフトのピストンクリアランスを小さくすることができる。クリアイランスが小 さなことによって、常温時におけるピストンの運動騒音が減少される。このよう な騒音は、エンジンの常温状態で対向圧力側における第１ランドとシリンダ壁面 との衝突によって、大きな影響を受ける。

本発明の課題は、はじめに述べた形式のピストンにおいて、ピストンの常温状態 で対向圧力側におけるピストンヘッドとシリンダ壁面との衝突によって生じる騒 音をさらに減少させることにある。

上記課題を解決した本発明によるピストンシャフトの構成は、請求項１に記載し た通りである。

本発明の有利な構成要件は請求項２以下に記載した通りであり、以下にさらに詳 しく述べられている。

請求項１によるピストンシャフトの構成及び外側形状によって、常温状態にある ピストンはエンジンシリンダ内で次のような位置を占める。即ち、圧力側におい てピストンヘッドの上方端部がシリンダ壁面に対して傾斜しており、それによっ て、対向圧力側における第１ランドの範囲とシリンダ壁面とのクリアランスが圧 力側におけるそのようなりリアランスよりも大きくなる。その結果、エンジンの スタート時に、及びピストンが比較的わずかに加熱されるピストンの部分的な負 荷時に、対向圧力側におけるリング部分とシリンダ壁面との衝突による騒音の発 生が回避される。

ぎストンの常温状態におけるエンジンシリンダ内でのピストンヘラＶの所期の傾 斜は、以下のようにして得られる。即ち、対向圧力側のピストンの外周面が、上 方から下方へ向かってピストンの縦方向軸線に対して傾斜しており、それによっ て、上記外周面と上記軸線との半径方向の間隔が、ピストンシャフトの下方端部 へ向かって減少している。対向圧力側において上記のように傾斜したピストンの 外周面とシリンダ壁面との当接は、請求項２によれば圧力側においてシャフト外 周面が上記とは逆方向に所定されたように傾斜していることによって、さらに助 成される。上記の記載は常温状態のピストンについて言えることである。

エンジンの部分的な負荷時にピストンを所期のように傾斜させるためには、有利 には対向圧力側においてピストンシャフトの母線が大きな範囲にわたってほぼ直 線の形状を有している。

ピストンシャフトが次第に加熱されるにつれて、対向圧力側においてシャフトの 上方端部範囲にはめ込まれた調整ストリップが、この範囲でのぎストンの熱膨張 を防止するようになる。しかし、対向圧力側においてシャフトの下方範囲は調整 ストリップによって防止されることなく、著しく大きな熱膨張を行うことができ る。その結果、対向圧力側におけるシャフトの母線形状が、エンジンの全負荷時 にはピストンヘッドの縦方向軸線に対してほぼ平行となる。それによって、ピス トンヘッドはシリンダ孔内でセンタリングされる。

圧力側でシャフトの下方範囲に設けられた別の調整ストリップによっても、上記 と同方向の作用が得られる。さらに、この調整ストリップの範囲においてシャフ ト外周面とピストン縦方向軸線との半径方向の間隔は、対向圧力側で上記調整ス トリップの範囲の上方に位置したシャフト範囲におけるシャフト外周面とピスト ン縦方向軸線との半径方向の間隔よりも大きい。それによって、シャフトの下方 範囲におけるピストンとシリンダ壁面との当接がさらに付加的に助成される。

エンジン作動中にピストンによる騒音を減少させるための通常手段は、ピストン ボスの孔を偏心させることにある。通常、ピストンボスは圧力側に偏心させられ ている。それによって、圧縮行程時にピストンが上死点に達して燃焼が始まった 場合には、ピストンヘッドを対向圧力側へ押圧するサイＶスラストが生じる。

それと共に、対向圧力側においてピストンシャフトの下方範囲が半径方向外側へ 押圧される。従って、上述したシャフト範囲（対向圧力側における上方範囲もし くは圧力側における下方範囲）には、できるだけ小さな弾性変形が生じたさいに も補償されねばならない当接力が生じる。従って、ピストンヘラｒの縦方向軸線 に対して傾斜したピストンシャフトを、シリンダ壁面との間に常温状態ではわず かな遊びしかないように案内するためには、圧力側におけるシャフトの下方範囲 を、対向圧力側におけるシャフトの下方範囲よりも硬く形成すると有利である。

それに対して、対向圧力側におけるピストンシャフトの上方範囲も比較的硬くな ければならな込。それによって、対向圧力側における外周面とピストンヘッドの 縦方向軸線との半径方向の間隔は、常温状態ではシャフト上方範囲の方がシャフ ト下方範囲よりも大きくなることが保証されるようになり、かつ上記下方範囲で は過度な弾性変形性によって制限されなくなる。この゛ような種々異なる曲げこ わさは、特に圧力側及び対向圧力側において支持されないシャフトの湾曲長さの 大きさによって変化させられる。

エンジンの加熱状態では、通常゛騒音の問題は発生しない。というのは、加熱時 のピストンでのピストンクリアランスは予め設けられた常温時のピストンクリア ランスよりもわずかであり、その結果、第１ランドをシリンダ壁面へ衝突させる 程のピストンの傾斜が実際には生じないからである。加熱状態でのクリアランス の減少によって、シリンダ壁面は理論的には被覆される。

２サイクルエンジンのためのピストンがＪＰ−Ａｂｓ　ｔｒａｃｔ第５７−８１ １４４号明細書から公知であり、このピストンでは騒音を減少させるために、シ ャフトがピストンの傾斜状態に部分的に作用を及ぼすような断面形状を有してい る。しかしこの場合には、エンジン負荷が増大したさいにピストンを直線方向に 位置決めするよ・うな本発明による手段が設けられていない。本発明によればこ の手段は、特に対向圧力側においてピストンヘッドとピストンシャフトとの間に 設けられた横スリット、及び対向圧力側においてピストンシャフトの上方範囲に 設けられた調整ス）　ＩＪツブ、及び場合によっては圧力側においてピストンシ ャフトの下方範囲にさらに設けられた付加的な別の調整ス）　ＩＪツブによって 形成されている。

さらにＤｇ３５２７０３２ＡＩ号明細書より非対称的なシャフト形状が自体公知 である。しかしこの場合でも、ピストンヘッドの衝突による騒音を減少させるた めの、本発明によるピストンシャフトの具体的な構成については言及されていな い。

図面は本発明による往復ピストンの２つの実施例を示すもので、 第１図は第１実施例のピストンの縦断面図、第２図は対向圧力側における、第１ 図によるピストンシャフトの常温時及び加熱時の軸方向の母線形状を示す図、第 ６図は圧力側における、第２図による母線形状を示す図、第４図はシリンダ内部 における、第１図によるピストンシャフトの常温時に傾斜した状態を示す図、第 ５図はシリンダ内部における、第１図によるピストンシャフトの加熱時の状態を 示す図、第６図は第１図によるピストンを下方から見た図、第７図は常温時及び 加熱時のピストンシャフトの母線形状の一部を示す平・面■に沿った断面図、第 ８図は第７図による母線形状の一部を示す平面〜１に沿った断面図、第９図は第 ２実施例のピストンの縦断面図、第１０図は対向圧力側における、第９図による ピストンシャフトの常温時及び加熱時の軸方向の母線形状を示す図、第１１図は 圧力側における、第１０図による母線形状を示す図、第１２図は第９図によるピ ストンを下方から見た図、第１３図は第９図によるピストンの、平面Ｘ■に沿っ た断面図、第１４因は第９図によるピストンの、平面ＸＩＶに沿った断面図であ る。

ピストンはアルミニウム・シリコン合金から形成される。ピストンヘッドには、 コンプレッションリング用のリンググローブ１とリンググローブ１の下方に位置 する、オイルリング用のリンググローブ２とが形成されている。

図面に示された文字は以下のことを示す：Ｄ−ピストンの最大直径 し−ピストンの最大長さ Ｈ＝圧縮される高さ 八−圧力側及び対向圧力側においてほぼ同じシャフト高さ、即ち最も下のリング グローブよりも下方にある、シャフトの中間高さでの、少々くとも９ｏ０にわた る周方向範囲 ＤＳｌ−ピストンの圧力側 ＧＤＳ−ピストンの対向圧力側 Ｘ！ピストンヘッドにより規定されるピストンの縦方向軸線 ピストンシャフトが、対向圧力側で横スリット３によりピストンヘッドから分割 されている。横スリット３は周方向で見ると９０°にわたって延びており、しか も縦方向軸線Ｘを通りかつ圧力側から対向圧力側へ向かって延びる平面の両側に 対称的に形成されている。

対向圧力側においてシャフト内部のシャフト上方範囲に、鋼鉄製の調整ス）　Ｉ Ｊツブ４がはめ込まれている。

ピストンの加熱時にこの調整ストリップ４によって得られる調整効果は、ピスト ン直径が７０〜１００ＩＪｌの場合には最大で約５０ミクロンとなる。

第１図によるピストンが圧縮行程時のシリンダ内において常温状態で占める位置 が、第４図に示されている。上記行程時のコンロッ「の傾斜によって、次の行い てピストンシャフトの範囲に設けられた、大部分が直線状で軸方向の母線によっ て位置決めされる。この直線状の母線は、上記シャフト範囲でシャフトの下方端 部からシャフト上方端部の、シャフト高さのうち約ンはその上死点に達したさい に対向圧力側から圧力側に対して逆方向に傾くと、圧力側の球形シャフト形状に よってスムーズに転動する。それによって、ピストン運動時に生じる騒音が付加 的に改善される。

しかし、このような騒音は以下に述べる構成によって大きく減少される。即ち、 ピストンヘッドが対向圧力側の外周部において傾斜したシャフト外周面によって 、シリンダ壁面から充分な間隔を置いている。その結果、部分的に負荷が生じた 場合に、又はエンジンがまだ加熱されていない場合に、ピストンがシリンダ壁に 当接することはなくなる。

対向圧力側においてシャフトの軸方向の母線は、エンジンの全負荷運転時にも、 調整ストリップ４による調整効果によって縦方向軸線Ｘに対して平行に調整され るように傾斜している。調整ストリップ４はシャフトの上方端部に直接はめ込ま れてシ９、かつ図示の実施例ではシャフト全長の２５係の高さを有している。

ピストンヘッドの第１ランドの直径が、ピストンシャフトの最大直径よりも小さ くなっている。第４図から明らかなように、常温時のピストンでは対向圧力側に おけるピストンのリング部分とシリンダ壁面との間の遊びが、圧力側におけるそ のような遊びよりも極めて大きいように、ピストンヘッドがシャフトによって傾 けられる。その結果、ピストンの騒音を生せしめるリング部分とリング壁面との 衝突が回避される。

第７図及び第８図では、ピストンシャフトの周方向の母線形状が互いに上下に位 置する２つの平面■及び■に沿って断面され、かつ拡張されて示されている。

第９図によるピストンでは、対向圧力側においてシャフトの上方範囲に配置され た調整ストリップ４に対して付加的に、別の調整ストリップ５が圧力側において シャフトの下方範囲にはめ込まれて−る。調整ストリップ４及びｓＦｉそれぞれ 、２つのボス６の範囲のうち一方の範囲からピストンピンの軸線に対して直角な ピストン傾斜面の前方まで周方向に延びている。言いかえれば、調整ス）　ＩＪ ツブ４及び５はピストン傾斜面の範囲で周方向に互いに分割されている。調整ス トリップ４及び５は、特にピストンの鋳造時に容易にはめ込まれるので、ピスト ンざス６の範囲にはめ込まれた共通の調整ス）　ＩＪツブ７にそれぞれ結合され ている。

圧力側においてシャフトの下方範囲にはめ込まれた調整ストリップ５によって、 このシャフト下方範囲における半径方向の遊びをピストンの常温時にはわずかに することができる。それによって、対向圧力側において上方から下方へ向かって 内側へ傾斜したシャフト母線とシリンダ壁面との半接が助成される。その結果、 ピストンは対向圧力側へ傾斜したさいにその圧力側のシャフト下方範囲によって 、シリンダ壁面により早く当接するようになり、それによって傾斜角度が小さく なる。

支持を行うシャフト面の幅が周方向で見て変化しており、シャフト面がそれぞれ 周方向の端部で半径方向内側へ向かって支持されていることによって、ピストン シャフトの曲げこわさはピストンシャフトの軸方向の高さにわたって変化させら れている。この場合、軸方向で見たシャフトの弾性は、対向圧力側におけるピス トンシャフトが調製ストリップ４のはめ込まれた上方範囲で、この範囲の下方に 位置するシャフトの範囲でよりも硬く形成されるように、定められている。さら に、圧力側におけるシャフトの下方範囲が対向圧力側におけるシャフトの下方範 囲よりも硬く形成されている。

支持を行うシャフト面８，９をピストン軸へ向かって結合させる壁部１０が、シ ャフトの高さにわたって変化する支持面の形状に形成されている。ざス６はこの 壁部１０から半径方向に突出していてもよい。製造技術上の理由から、シャフト の下方端部を取囲むスマートなリングつば１１が設けられていてもよい。このよ うなリングつば１１によって、ピストンは個々の製Ｆγｑ・ブ Ｆｉｇ・９ 国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　８８００３２１ ＳＡ　　２１９６７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関のための軽金属製往復ピストンであって、 イ）ピストンリンググローブを有するピストンヘッド及び最も下のリンググロー ブの下方に続くピストンシヤフトから形成されており、 ロ）ピストンシヤフトがその軸方向の母線のために対称軸線を成す縦方向軸線（ Ｘ）を有しており、ハ）ピストンシヤフトが対向圧力側で横スリットによつてピ ストンヘッドと分割されており、ニ）ピストンシヤフトの内部でその上方端部に 調整ストリップ（４）がはめ込まれており、調整ストリップ（４）が、ピストン を成す軽金属よりも小きた熱膨張係数を有する材料から形成されている形式のも のにおいて、 調整ストリップ（４）が対向圧力側のシヤフト半部に制限されており、ピストン の常温状態において、対向圧力側でのシャフト母線（ＱＫ）とピストンヘッドの 縦方向軸線（Ｘ）との半径方向の間隔が、上記調整ストリップ（４）の範囲で最 大となつていることを特徴とする、内燃機関のための軽金属製往復ピストン。 ２．圧力側においてシヤフト半部の下方端部に別の調整ストリップ（５）がはめ 込まれており、この調整ストリップ（５）が、ピストンを成す軽金属よりも小さ な熱膨張係数を有する材料から形成されており、圧力側でのシヤフト母線（ＤＫ ）とピストンヘッドの縦方向軸線（Ｘ）との半径方向の間隔が、上記調整ストリ ップ（５）の範囲で最大となつていることを特徴とする請求項１記載の往復ピス トン。 ３．対向圧力側においてピストンシヤフトの上方範囲が、圧力側におけるピスト ンシヤフトの上方範囲よりも小さな周面でエンジンシリンダ壁面に当接しており 、ピストンシャフトの下方範囲ではこのことが正反対に行われており、シリンダ 壁面に当接するシヤフト部分の各局方向端部が、シヤフトの高さにわたってピス トンの軸線方向にシリンダ壁面によつて支持されており、シリンダ壁面に沿つて 運動するシヤフト面（８，９）が、（ピストンの縦方向軸線（Ｘ）を受容してお り、かつポス（６）の軸線に対して直角に延びている）ピストン傾斜面に関して 対称的に位置めされており、シヤフト全周にわたつて延びるスマートな環状つば （１１）が、閉鎖部としてシャフトの下方端部に設けられていることを特徴とす る請求項１又は２記載の往復ピストン。 ４．圧力側及び対向圧力側に設けられた調整ストリップ（４，５）が、互いに結 合されていることを特徴とする請求項１からろまでのいずれか１項記載の往復ピ ストン。 ５．２つの調整ストリップ（４，５）が、ピストンの２つのポス（６）範囲のう ちそれぞれ一方を通つており、かつピストン傾斜面の前方で終つていることを特 徴とする請求項４記載の往復ピストン。 ６．ピストンの常温状態で、対向圧力側の母線（ＧＫ）と縦方向軸線（Ｘ）との 間隔が、シヤフト高さの少なくとも１／３の中央範囲からシヤフトの下方端部へ 向かつて次第に減少するようになつており、上記母線（ＧＫ）が上記の高さ範囲 ではほぱ直線状に延びていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１ 項記載の往復ピストン。 ７．ピストンの常温状態で、対向圧力側の母線（ＧＫ）と縦方向軸線（ｘ）との 間隔が、ピストンシヤフトの下方端部と上方１／４との間の範囲ではシヤフトの 下方端部へ向かつて次第に減少するようになつていることを特徴とする請求項６ 記載の往復ピストン。 ８．ピストンの常温状態で、対向圧力側の母線（ＧＫ）と縦方向軸線（Ｘ）との 間隔が、ピストンシヤフトの下方端部と上方１０％との間の範囲ではシヤフトの 下方端部へ向かつて次第に減少するようになつていることを特徴とする請求項７ 記載の往復ピストン。 ９．請求項１の特徴で規定された対向圧力側の母線（ＧＫ）が、シヤフトの周囲 少なくとも３０°の範囲にわたつて延びていることを特徴とする請求項１から８ までのいずれか１項記載の往復ピストン。 １０．Ｄ＝ピストンの最大直径 Ｌ＝ピストンの最大長さ Ｈ＝圧縮される高さ Ａ＝圧力側及び対向圧力側においてほぱ同じシヤフト高さ、即ち最も下のリング グローブよりも下方にある、シヤフトの中間高さでの、少なくとも６０°にわた る周方向範囲； と規定されている場合に、 Ｌ＝（０．４５〜０．６５）ＸＤ ．Ａ＝（０．２５〜０．４）ＸＤ Ｈ＝（０．５、Ｏ．４）ＸＤ となつていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項記載の往復ピ ストン。