JPH03506061A - 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】 発明の名称＝　「ピストン」 本発明は、クラウンと、同クラウンから下方に延在しているヘッドランド（頭部 隆起部）と、スカートと、ピストンリングを受けるべく上記ベッドランドと上記 スカートとの開に形成された少なくとも１つの溝（グループ）とをもつピストン に関する。

典型的には、複数の溝によって分けられた複数のランドが、上記のクラウンとス カートとの間にそなえられている。例えば、ピストンは３つのランド、すなわち クラウンに近いヘッドランド、中間ランドおよび底ランドとを持ち、ヘッドラン ドと中間ランドとの間の溝の中に第１の圧縮リングがあり、中間ランドと底ラン ドとの間の溝の中に第２の圧縮リングがあり、底ランドとスカートとの間の溝の 中にオイル制御リングがある。しかしながら、様々な数のランドがそなえられ得 る。例えば、クラウンとスカートとの間に１つのヘッドランドのみがあり、これ と共にただ１つのリングを内部にもっただ１つの溝があってもよい。

従来そのようなピストンは、次のように作られる。すなわち、通常の作動温度で 用いられる場合に、ヘッドランドとシリンダボアとの間に間隙があり、その間隙 はスカートどシリンダとの間の間隙より大きい。ピストンが冷えている時、上記 の２つの間隙の差はより大きい。なぜならば、ピストンのクラウンとスカートの 底との間に温度が降下してゆく諷度勾配があるからであり、その結果クラウンに 向かって、より大きくなるピストンの熱膨張が生じる。

結果として、ヘッドランドは、通常はシリンダ壁に対する比較的大きな間隙で、 例えば直径約５０Ｉｌｌｆｆｌ〜１００ｍｍのピストンでは直径０．４０〜１． ００ｍｍの間隙で作動する。この比較的大きな間隙は、特にエンジンが冷えてい る時に起こり得るピストンの傾きの結果としての接触を避けるとともに、シリン ダボアとの接触がピストンの作動温度の全範囲にわたり避けられることを確保す るためのものである。

この比較的大きな間隙は、次の３つの欠点をもたらす。

たとえ、最大作動温度であっても、シリンダボアとヘッドランドとの間隙領域に おいて、”ガス滞留域（ｄｅａｄ　ｇａｓ　ｚｏｎｅ）”が存在し、トップリン グに損傷を与えるのはもちろん、ランドにおける燃焼およびランドの局部溶解を 起こす爆発を導き得る。しばしばランドとリングとの両方の破損が生じる。特に 、１気筒につき２バルブのエンジンにおいて、燃料経済性のためおよび排気放出 の減少のために、希薄混合ガスで内燃エンジンを作動する傾向が増大し、点火栓 がシリンダの片側に位置して点火栓からの最大距離で反対側でのランドにおける 燃焼を引き起こすので、問題を悪化させる。

比較的大きなヘッドランド間隙は、トップリングを、同リングを壊しばねの張力 を減らす燃焼ガスにさらすことになる。また、比較的大きなヘッドランド間隙は 、トップリングを所期以上の高いガス噴きもれにさらし、これにより低い効率と 燃焼生成物によるエンジンの潤滑油の汚濁を導（。高さに対して比較的大きい比 率の直径をもつピストンを作る傾向があり、そのため、ピストンを支えるのに有 効なスカートの長さは比較的小さく、かくて、重量を抑え、ボアによる摩擦の抑 制に有効なピストン領域を小さくする。ヘッドランドとシリンダボアとの間に設 けられた比較的大きな間隙の結果として、特にいわゆる”スリッパ−”型につい て、そのようなピストンが傾く比較的大きな傾向がある。”スリッパ−”型は、 短いスカート支持領域のみならず、ピストンピン軸に沿うビスＩ・ンの付加運動 および不十分な制御を許すようなスラス［・トレーリング軸（ｔｈｒｕｓｔ　ｔ ｒａｉｌｉｎｇ　ａｘｉｓ）において狭いスヵ・−上支持領域をもっている。

本発明の目的は、新しい改良されたピストンを提供することであり、それにより 上述の欠点が除かれあるいは減少される。

本発明の一態様によれば、クラウンと、同クラウンから下方に延在しているヘッ ドランドと、スカートと、ピストンリングを受けるべくヘッドランドとスカート との間に形成された少な（とも１つの溝をもち、上記ヘッドランドが上記スカー トとの間におけるピストンのどの部分よりも大きな断面寸法をもつ部分をそなえ ているピストンを提供する。

上記ヘッドランドの部分は、作動温度で上記のより大きな断面寸法をもつ。

上記ヘッドランドの部分は、室温で上記のより大きな断面寸法をもつ。

上記ヘッドランドは、同ヘッドランドの幅より小さい幅で周方向に形成された少 なくとも１つのリブ（肋材）を有している。

本発明の他の態様によれば、クラウンと、同クラウンから下方に延在しているヘ ッドランドと、スカートと、ピストンリングを受けるべくヘッドランドとスカー トとの間に形成された少なくとも１つの溝をもち、上化ヘッドランドが、同ヘッ ドランドの幅より小さい幅で周方向に形成された少なくとも１つのリブをそなえ たピストンを提供する。

好ましくは、上記ヘッドランドが、同ヘッドランドの幅に沿い互いに離隔して配 置され複数の互いに平行な周方向に形成されたリブをそなえている。

上記ヘッドランドは３つのそのようなリブをそなえることが可能である。

上記リブは０．５〜１．　Ｑｍ＋＋ｎの範囲の幅をもつ。１つ以上のリブがある 場合、同リブは１．２５〜１．５ｍｍの範囲の間隔で配置される。

上記リブは、０．１７〜０．２０ｍｍの範囲の高さをもつ。

上記リブの外表面、すなわちシリンダボアに近接する表面は、傾斜して形成され ており、複数のリブがある場合、同リブの外表面がピストンのクラウンに向かっ て直径の減少する共通の截頭円錐表面になる。

好ましくは、ピストンが複数のランドと、５作動温度で上記ランドのどの部分よ りも大きい断面寸法をもっている上記ヘッドランドの部分をそなえている。

複数のランドがある場合、上記ヘッドランド以外の各ランドまたは同ランドの少 なくとも１つが、一定の断面寸法になっているか、あるいはピストンのクラウン に向かって先細りに傾斜して形成される。

好ましくは、上記スカート、上記ランドまたは上記リブがその断面で円形である 。

本発明を実施するピストンは、添付の図面を参照して記載される。

図１は、本発明を実施したピストンの平面図である。

図２は、本発明のピストンの側圧面図である。

図３は、図１の３−３線の断面図である。

図４は、図１の４−４線の断面図である。

図５は、図４の部分拡大図である。

図６は、図１〜５に示されたピストンに関する、シリンダボアに対するピストン 間隙のグラフ表示である。

図面を参照すると、ピストン１０は、ヘッドランド１２が下方に延在している頂 壁あるいはクラウン１１をそなえている。上記ヘッドランド１２の下方は、図示 しない従来の圧縮ピストンリング用の第１の溝１４により上記ヘッドランド１２ から分離された中間ランド１３である。中間ランド１３の下は、図示しない第２ の圧縮ピストンリング用の第２の溝１６によって中間ランド１３から分離された 底ランド１５である。

底ランド１５の下は、図示しないオイル制御ピストンリングを受ける第３の溝１ ８により底ランド１５から分離されたピストンスカート１７である。

オイル制御リング用溝１８は、オイル通過を可能にするピストンの中空内部２０ にピストン壁を通して延びた多数のボア（穴）１９をそなえている。

ピストンは、従来の方法で作られており、同ピストンを従来の方法でコネクチン グロッドに接合するために従来のピストンピン用）・ラニオン２１をそなえてい る。

この例では、スカート１７は、その底端で直径１８．０３（ｆｍ、その頂端で直 径７７、８５ｍｍであり、作動状態で遭遇する温度勾配によって決定される複合 形状の外形をもつ。

溝１８は直径７０．７５ｍｍである。底ランド１５は直径７７、０７１１１１１ １であり、その幅を通じて一定の直径である。溝１６は直径が７０．１０ｍａ＋ である一方、ランド１３はその底端で直径７７．６］、ｍｍであり、截頭円錐形 状でその円錐形表面の半角が０６３０′　である。溝１４は直径７０．９０＋ｎ ＋ｎである。上記ヘッドランド１２は、上記ランド１３の表面が含まれている截 頭円錐形状表面を連続的に配設された表面をもつ截頭円錐形状である。

」：記ランド１２と一体に形成されて同ランド１２のまわりに延びた直立した３ つのリブ２５．２６．２７があり、溝２８．２９によって互いに離隔されている 。最低部でのリブ２７は直径が７７、６４ｍｍである。最頂部リブ２５はその最 頂部で直径７７、５７ｍｍで、リブ２５．２６．２７の表面は、上述のリブ２５ の最頂部とリブ２７の最低部によって結びつけられた截頭円錐形表面に配設され ている。リブ２５．２６．２７は幅０．７５ｍｍであり、上記截頭円錐形表面は 半角が０°２５′　である。

上述した寸法は、ピストンが周囲温度にある場合のもので、もちろん実際には、 上述した寸法は通常の許容誤差を有する。ピストンが使用される時、ピストン頭 部がピストン底部よりも高温にさらされるという事実から起こる温度勾配に応じ たピストンの頂部と底部との間の異なった膨張のために、ヘッドランドと同ヘッ ドランドに設けられたリブとが、その下方のピストン部分よりも直角方向に膨張 する。それ故、リブ２５゜２６、２７は、リブとスカート１７との間のすべての ピストン部分以上にシリンダボアの壁に近接する。もちろん実際には、所望の整 合を確立して滑り間隙を修正するためにわずかな摩損が起こる。室温で実際に得 られた間隙は図６に示されている。

上述した特別な寸法は、単に例として挙げられたもので、図４に見られるように 、直径７８．１１ｍｍのシリンダボアＣに適合するように意図されたピストン用 である。もし望むなら、上述した種々の寸法の大部分は関連した特別な応用のた めに他の適当な寸法であってもよい。例えば、同じ直径のピストンボアをもつ場 合でも、各部分の寸法は実際には特別なエンジンで得られる温度勾配による異な った寸法であってもよい。

例えば、上記リブは０．５〜１．Ｏｍｍの範囲の幅をもつが、１つ以上のリブが あるとき、同リブは０９２５〜１．５關の範囲の間隔で配置される。同リブは０ ．１７〜０．２０ｍｍの範囲の高さである。上記の例ではピストンリング用の３ つの溝とともに３つのランドをもつピストンが記述されているが、もし望むなら 、本発明は例えば、スカートからただ１つの溝によって分けられたただ１つのラ ンドをもつピストンを含む様々なランドをもつピストンに適用することができる 。

上述の例において、ヘッドランドは、３つのリブをそなえると記述されているが 、もし望むなら、ヘッドランドは３つよりも多くのリブあるいはただ１つのリブ を含む３つよりも少ないリブがそなえられてもよい。

本発明は才た、ヘッドランドが、同ランドの幅より小さい幅の不連続なリブをも たずに形成されるようなピストンを含むが、同ランドは、作動温度で、その全周 にわたり同ランドの部分とスカートとの間のどのピストン部分よりも大きな断面 寸法をもつように形成される。上述した部分は、ヘッドランドの全体の幅をそな えているか、あるいは、その局所部分のみをそなえているだけでもよい。例えば 、ヘッドランドは、同ヘッドランドのクラウンあるいは同ヘッドランドのクラウ ン端に近接して、より大きな直径をもつ截頭円錐形状であってもよい。あるいは また、ヘツドラフトは、二重截頭円錐形状であってもよく、また一対の截頭円錐 体が互いに同じ半角であるかまたは異なった半角のものであってもよい。

截頭円錐体の底部の間の接合線は、ヘッドランドの幅に沿ったどんな所望の位置 で配設されてもよい。もし望むなら、ヘッドランドは、他の形状であってもよく 、たとえばピストンの直径を含む縦断面が曲線形であってもよい。

本発明は、たとえ特に５０ｍｍ〜１２０ｎｍの範囲の直径をもつピストンについ てであっても、またどんな所望の直径のピストンにも適用できる。

本発明を実施しているピストンは、少なくとも１つのリブの用意のおかげでヘッ ドランドとシリンダポアとの間の”ガス滞留域”が減少し、それによりこの領域 における爆発の可能性を抑える。

上記リブの存在は、頂部リングを燃焼ガスから保護し、その結果リングは、きれ いなままであり、また熱崩壊をいささかも被らない。

複数のリブがそなえられる場合、燃焼ガスの噴きもれは複数のリブによるラビリ ンス効果により減少し、これについては噴きもれが５０％減少することを見出し た。

さらに、少なくとも１つのリブを設けると、ピストビン軸での支持を与える。こ の支持はスリッパ−型ピストンにとって特に重要であり、これにより側方への傾 きを防ぎ、またスカートにかかる荷重や同スカートの摩耗を減らす。

上述のピストンは、特に火花点火エンジン用に設計されているが、本発明は他の 用途のピストンにも適用することができる。

前述記載の中で、あるいは次に続く請求の範囲あるいは添付の図面の中で明らか にされた、またはそれらの特別な形態の中において表現され、あるいは前述の機 能を遂行するための手段によってまたは明らかにされた結果を達成するための方 法ないし過程、あるいは様々な物質ないし構成の適用によって説明された特徴は 、個々にあるいはそのような特徴の組み合わせで、様々な形態で本発明の実用に 役立てることができる。

１ＧＢ Ｆ２Ｏ３ ｆ−１１ ＳＫｔＲＴ　　ＦＯＲＭ　　ＤＩＡＭＥＴＲＩＣＡＬ　　Ｃｌ−ＥＡＲＡＮＣＥ Ｓ（ｍｍ）国際調査報告　　　。ＦＴ／／、（１゜。ｚｎｎｅ７＋国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．クラウンと、同クラウンから下方に延在しているヘッドランドと、スカート と、ピストンリングを受けるべく上記ヘッドランドと上記スカートとの間に形成 された少なくとも１つの溝とをもち、上記ヘッドランドが上記スカートとの間に おけるピストンのどの部分より大きな断面寸法をもつピストン。
2. ２．上記ヘッドランドの部分が作動温度で上記のより大きな断面寸法をもつ、請 求項１に記載のピストン。
3. ３．上記ヘッドランドの部分が室温で上記のより大きな断面寸法をもつ、請求項 １に記載のピストン。
4. ４．上記ヘッドランドが、同ヘッドランドの幅よりも小さな幅で周方向に形成さ れた少なくとも１つのリプを有している、上記請求項のいずれか１つに記載のピ ストン。
5. ５．クラウンと、同クラウンから下方に延在しているヘドランドと、スカートと 、ピストンリングを受けるべく上記スカートと上記ヘッドランドとの間に形成さ れた少なくとも１つの溝とをもち、上記ヘッドランドが、同ヘッドランドの幅よ り小さい幅で周方向に形成された少なくとも１つのリプをそなえているピストン 。
6. ６．上記ヘッドランドか、同ヘッドランドの幅に沿い互いに離隔して配置された 複数の互いに平行な周方向のリプをそなえている、請求項４または５に記載のピ ストン。
7. ７．上記ヘッドランドが３つの上記リブをもつ、請求項６に記載のピストン。
8. ８．上記リプが０．５〜１．０ｍｍの範囲の幅をもつ、請求項４から７までのい ずれか１つに記載のピストン。
9. ９．１つ以上のリブがあり、同リプが１．２５〜１．５ｍｍの範囲の間隔で配置 される、請求項４から８までのいずれか１つに記載のピストン。
10. １０．上記リブか０．１７〜０．２０ｍｍの範囲の高さをもつ、請求項４から９ までのいずれか１つに記載のピストン。
11. １１．上記リプの外側表面、すなわちシリンダポアに近接する表面が、傾斜して 形成された、請求項４から１０までのいずれか１つに記載のピストン。
12. １２．複数のリプがあり、同リプの外表面がピストンのクラウンに向かって直径 の減少する、共通の截頭円錐面上に配置されている、請求項１１に記載のピスト ン。
13. １３．上記ピストンが、複数のランドを有し、その前記ヘッドランドの部分が、 作動温度で同ランドのどの部分よりも大きな断面寸法をもつ、請求項１から１２ までのいずれか１つに記載のピストン。
14. １４．複数のランドをそなえ、そのヘッドランド以外の各ランドまたは「司ラン ドの少なくとも１つが一定の断面寸法を有する、請求項１３に記載のピストン。
15. １５．複数のランドをそなえ、そのヘッドランド以外の各ランドまたは同ランド の少なくとも１つが、同ピストンのクラウンに向かって先細りに傾斜して形成さ れた、請求項１３に記載のピストン。
16. １６．上記スカート、上記ランドまたは上記リプが円形断面を有している、請求 項１から１５までのいずれか１つに記載のピストン。
17. １７．上記ピストンが、スリッバーピストンである、請求項１から１６までのい ずれか１つに記載のピストン。
18. １８．添付の図面を参照して実質的に記載されているピストン。
19. １９．ここに記載され、かつ／または添付の図面に示された新しい特徴あるいは 新しい特徴の組み合わせ。