JPH0524347B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0524347B2 JPH0524347B2 JP21262085A JP21262085A JPH0524347B2 JP H0524347 B2 JPH0524347 B2 JP H0524347B2 JP 21262085 A JP21262085 A JP 21262085A JP 21262085 A JP21262085 A JP 21262085A JP H0524347 B2 JPH0524347 B2 JP H0524347B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- spring
- piston rod
- gas pressure
- stress
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 9
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 9
- 206010016256 fatigue Diseases 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/16—Pistons having cooling means
- F02F3/20—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
- F02F3/22—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は筒内圧の高い高負荷エンジン用ピスト
ンに関する。
ンに関する。
第４図は従来使用されている本発明と関連した
高出力ピストンの典型的な一例であり、ピストン
クラウン１，２，３の内側環状リブ部１でピスト
ン棒５と連結されており、ガス圧荷重の大部分は
内側環状リブ部１を通してピストン棒５に流れク
ロスヘツド、連接棒、クランク軸に伝えられ、回
転運動に変換される。さらにリングランド部２の
リング溝にはピストンリングが挿入されシリンダ
の気密を保ちながら摺動している。
高出力ピストンの典型的な一例であり、ピストン
クラウン１，２，３の内側環状リブ部１でピスト
ン棒５と連結されており、ガス圧荷重の大部分は
内側環状リブ部１を通してピストン棒５に流れク
ロスヘツド、連接棒、クランク軸に伝えられ、回
転運動に変換される。さらにリングランド部２の
リング溝にはピストンリングが挿入されシリンダ
の気密を保ちながら摺動している。
ところが最近の機関は低燃費の厳しい要請があ
り、筒内最高圧力は年々上昇し180Kg／cm2クラス
のものも表れ始めており、特にこのガス圧による
繰返し応力はピストン直径が大きくなる程増大し
高サイクル疲労によつて疲労破壊を起す危険性が
ある。又平均有効圧力の上昇について燃焼ガス温
度も上昇しピストンクラウンの触火面の焼損や、
ピストンクラウンの過大変形、ピストンリングと
ライナ間の潤滑不良を起す可能性がある。
り、筒内最高圧力は年々上昇し180Kg／cm2クラス
のものも表れ始めており、特にこのガス圧による
繰返し応力はピストン直径が大きくなる程増大し
高サイクル疲労によつて疲労破壊を起す危険性が
ある。又平均有効圧力の上昇について燃焼ガス温
度も上昇しピストンクラウンの触火面の焼損や、
ピストンクラウンの過大変形、ピストンリングと
ライナ間の潤滑不良を起す可能性がある。
本発明の目的は、前記従来装置の問題点を解消
し、ピストンスピードが速く平均有効圧力の大き
い高負荷機関においても、トラブルの発生するこ
とのない弾性支持荷重循環形ピストンを提供する
にある。
し、ピストンスピードが速く平均有効圧力の大き
い高負荷機関においても、トラブルの発生するこ
とのない弾性支持荷重循環形ピストンを提供する
にある。
本発明は、前記問題点を解決するために行われ
たもので第１〜２図のように部材１，９，３，４
ａ，４ｂよりなるループ構造を形成するととも
に、ピストンクラウンの内側環状リブ部１とピス
トン棒突起部４ｂとの間の隙間にばね２，２ａを
挿入し、これらのばねには予圧縮を与えてボルト
７、で締め付けたものである。
たもので第１〜２図のように部材１，９，３，４
ａ，４ｂよりなるループ構造を形成するととも
に、ピストンクラウンの内側環状リブ部１とピス
トン棒突起部４ｂとの間の隙間にばね２，２ａを
挿入し、これらのばねには予圧縮を与えてボルト
７、で締め付けたものである。
なお前記挿入ばね２，２ａのばね定数と予圧縮
力を適宜選定すればガス圧及び熱応力強度上バラ
ンスのとれたピストンを設計することが可能とな
る。
力を適宜選定すればガス圧及び熱応力強度上バラ
ンスのとれたピストンを設計することが可能とな
る。
ガス圧応力のみを考えたときは、ピストンクラ
ウンとピストン棒を、第１図〜第２図のＡ及びＢ
位置でボルト締めした方が小さくなるが、熱応力
上からはＡとＢのボルト固定の場合には熱変形の
拘束が大きくなりすぎて熱応力が過大となる。一
方Ｂ位置を全くボルト固定しなければ発生する熱
応力は最小となるが、Ｂ位置にクリアランスを生
じガス圧の繰り返しのためフレツテイングコロー
ジヨンなどの不具合を生じる。
ウンとピストン棒を、第１図〜第２図のＡ及びＢ
位置でボルト締めした方が小さくなるが、熱応力
上からはＡとＢのボルト固定の場合には熱変形の
拘束が大きくなりすぎて熱応力が過大となる。一
方Ｂ位置を全くボルト固定しなければ発生する熱
応力は最小となるが、Ｂ位置にクリアランスを生
じガス圧の繰り返しのためフレツテイングコロー
ジヨンなどの不具合を生じる。
本発明ではピストンクラウンとピストン棒はＢ
位置の隙間に予圧縮されたばねを挿入し、Ａ位置
でボルト締めされているため、熱変形が大幅に自
由化され触火面よりの熱応力を最小にできるとと
もに、ピストン頂面のガス圧による応力も比較的
小さくすることができる。又Ｂ位置にばねが挿入
されているため、前記フレツテイングコロージヨ
ンなどの不具合を生じることはない。
位置の隙間に予圧縮されたばねを挿入し、Ａ位置
でボルト締めされているため、熱変形が大幅に自
由化され触火面よりの熱応力を最小にできるとと
もに、ピストン頂面のガス圧による応力も比較的
小さくすることができる。又Ｂ位置にばねが挿入
されているため、前記フレツテイングコロージヨ
ンなどの不具合を生じることはない。
以下第１〜３図を参照して、本発明の一実施例
について説明する。
について説明する。
第１図は本発明に係る第１実施例の要部断面図
第２図は第２実施例の要部拡大図、第３図はＡ位
置で固定しＢ位置をフリーとして機関を運転中の
ピストン熱変形を示す状況図、第４図は従来例の
要部断面図である。
第２図は第２実施例の要部拡大図、第３図はＡ位
置で固定しＢ位置をフリーとして機関を運転中の
ピストン熱変形を示す状況図、第４図は従来例の
要部断面図である。
第１〜２図で１は内側環状リブ部、２はばね、
３はリングランド部、４はピストン棒、４ａはピ
ストン棒の上端つば部、４ｂはピストン棒の内側
環状リブ部、５はピストン頂部、６は冷却室、７
はボルト、８は（ピストンの）肩部、９は５，８
より成る触火壁部である。本発明の弾性支持荷重
循環形ピストンは、Ｂ位置（ピストンクラウンの
内側環状リブ部１とピストン棒４の内側リブ部４
ｂとの間）の間隙にばね２を挿入し、予め圧縮を
与えて、Ａ位置（リングランド部３とピストン棒
の上端つば部４ａ）でボルト結合したものであ
る。
３はリングランド部、４はピストン棒、４ａはピ
ストン棒の上端つば部、４ｂはピストン棒の内側
環状リブ部、５はピストン頂部、６は冷却室、７
はボルト、８は（ピストンの）肩部、９は５，８
より成る触火壁部である。本発明の弾性支持荷重
循環形ピストンは、Ｂ位置（ピストンクラウンの
内側環状リブ部１とピストン棒４の内側リブ部４
ｂとの間）の間隙にばね２を挿入し、予め圧縮を
与えて、Ａ位置（リングランド部３とピストン棒
の上端つば部４ａ）でボルト結合したものであ
る。
次に前記実施例の作用について説明する。
ピストンにはピストン頂部よりガス圧が働き、
又触火面よりガス熱が作用する、ガス圧応力を最
小にするにはＡ，B2ケ所でボル杜締めすべきで
あり、熱応力を最小にするにはＢ位置でフリーと
するのが好ましいが、第３図のようにＡ点で支持
し機関を運転すると、ピストンに熱変形が発生し
Ｂ部に隙間δを生じると同時にガス圧が繰返し作
用するため、フレツテイングコロージヨンなどが
生じ適切な設計とは云えない。本実施例ではＢ部
にばね２を予圧して挿入しているので、機関稼動
中に内側環状リブ部１（Ｂ部）が上方に変形する
ことから、予圧されたばね２の荷重を変形量に相
当する分だけ減少させる方向となり、ガス圧によ
るピストンの応力を抑制することができる。ま
た、前記のようにばね２を介装しているのでピス
トンの触火壁部９にガス圧が掛つたとき、環状リ
ブ部１とピストン棒４の内側リブ４ｂとは直接接
触しない。
又触火面よりガス熱が作用する、ガス圧応力を最
小にするにはＡ，B2ケ所でボル杜締めすべきで
あり、熱応力を最小にするにはＢ位置でフリーと
するのが好ましいが、第３図のようにＡ点で支持
し機関を運転すると、ピストンに熱変形が発生し
Ｂ部に隙間δを生じると同時にガス圧が繰返し作
用するため、フレツテイングコロージヨンなどが
生じ適切な設計とは云えない。本実施例ではＢ部
にばね２を予圧して挿入しているので、機関稼動
中に内側環状リブ部１（Ｂ部）が上方に変形する
ことから、予圧されたばね２の荷重を変形量に相
当する分だけ減少させる方向となり、ガス圧によ
るピストンの応力を抑制することができる。ま
た、前記のようにばね２を介装しているのでピス
トンの触火壁部９にガス圧が掛つたとき、環状リ
ブ部１とピストン棒４の内側リブ４ｂとは直接接
触しない。
前記ばね２の剛性を弱く選定すれば、該ばねの
熱変形量が大きくなるので熱応力は小さくなる一
方、ガス圧による力をばね２が分担する割合が少
なくなるので、ガス圧による応力は大きくなる。
熱変形量が大きくなるので熱応力は小さくなる一
方、ガス圧による力をばね２が分担する割合が少
なくなるので、ガス圧による応力は大きくなる。
また、ばね２の剛性を強く選定すれば、前記と
の逆の理由により熱応力は大きくなるがガス圧に
よる応力は小さくなる。
の逆の理由により熱応力は大きくなるがガス圧に
よる応力は小さくなる。
このように、ばね２の剛性を変えることにより
ピストンの熱応力とガス圧による応力の割合を調
整することができる。また、ピストンクラウン自
体の肉付けの分布を決めて応力を調整する自由度
も得られる本実施例のピストンは、内側環状リブ
部１及びリングランド部３とピストン棒４とが分
割組立形であり、１，３，４ａ，４ｂより形成さ
れるループ構造の内部には冷却室６が形成される
が、該冷却室を冷却するためノズル等の装着が容
易でありうるとともに各部品外周は全面機械加工
が可能なため熱処理の際の焼き割れの防止又は疲
労強度の向上をはかることができる。第２図は変
形ばね２ａを使用した第２実施例であるが、その
作用効果は第１実施例と同様である。
ピストンの熱応力とガス圧による応力の割合を調
整することができる。また、ピストンクラウン自
体の肉付けの分布を決めて応力を調整する自由度
も得られる本実施例のピストンは、内側環状リブ
部１及びリングランド部３とピストン棒４とが分
割組立形であり、１，３，４ａ，４ｂより形成さ
れるループ構造の内部には冷却室６が形成される
が、該冷却室を冷却するためノズル等の装着が容
易でありうるとともに各部品外周は全面機械加工
が可能なため熱処理の際の焼き割れの防止又は疲
労強度の向上をはかることができる。第２図は変
形ばね２ａを使用した第２実施例であるが、その
作用効果は第１実施例と同様である。
本発明の弾性支持荷重循環形ピストンは、ピス
トンクラウンとピストン棒とをＢ位置の間隙では
ばねを挿入するとともにＡ位置ではボルト締結し
ているので、前記のばねのばね定数を適宜選定す
ることにより、ガス圧高サイクル疲労強度と熱疲
労強度が十分にバランスし極めて安全な高負荷用
の弾性支持荷重循環形ピストンを提供できる。
トンクラウンとピストン棒とをＢ位置の間隙では
ばねを挿入するとともにＡ位置ではボルト締結し
ているので、前記のばねのばね定数を適宜選定す
ることにより、ガス圧高サイクル疲労強度と熱疲
労強度が十分にバランスし極めて安全な高負荷用
の弾性支持荷重循環形ピストンを提供できる。
第１図は本発明に係る第１実施例の要部断面
図、第２図は第２実施例の要部拡大図、第３図は
Ａ位置で固定しＢ位置をフリーとして機関運転中
のピストン熱変形を示す状況図、第４図は従来例
の要部断面図である。 １…内側環状リブ部、２，２ａ…ばね、３…リ
ングランド部、４…ピストン棒、４ｂ…ピストン
棒突起部、７…ボルト、９…ピストン頂部。
図、第２図は第２実施例の要部拡大図、第３図は
Ａ位置で固定しＢ位置をフリーとして機関運転中
のピストン熱変形を示す状況図、第４図は従来例
の要部断面図である。 １…内側環状リブ部、２，２ａ…ばね、３…リ
ングランド部、４…ピストン棒、４ｂ…ピストン
棒突起部、７…ボルト、９…ピストン頂部。
Claims (1)
- １ ピストン頂部から下方に突設された内側環状
リブ部とピストン棒突起部とをばねを介して連結
するとともに、リングランド部の下端面とピスト
ン棒の上端つば部とをボルトで締結したことを特
徴とする弾性支持荷重循環形ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21262085A JPS6275054A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 弾性支持荷重循環形ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21262085A JPS6275054A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 弾性支持荷重循環形ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6275054A JPS6275054A (ja) | 1987-04-06 |
| JPH0524347B2 true JPH0524347B2 (ja) | 1993-04-07 |
Family
ID=16625692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21262085A Granted JPS6275054A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 弾性支持荷重循環形ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6275054A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011119527A1 (de) * | 2011-11-26 | 2013-05-29 | Mahle International Gmbh | Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung |
-
1985
- 1985-09-27 JP JP21262085A patent/JPS6275054A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6275054A (ja) | 1987-04-06 |
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