JPH05306774A

JPH05306774A - エンジン

Info

Publication number: JPH05306774A
Application number: JP14014192A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kaneko; 裕章金子
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1993-11-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ピストンクリアランスを充分に確保して焼付
きを防止し、且つピスト上、下死点近傍でのピストンス
ラップを的確に低減する。【構成】シリンダ３の内部に往復移動可能に挿入され
るピストン１０のスカート部１０ｂに凹部１３を設け、
この凹部１３の底にピストン往復移動方向に対して谷形
に傾いた傾斜面１３ａ，１３ｂを形成し、この傾斜面１
３ａ，１３ｂの箇所にそれぞれセグメント１４，１５を
装着し、ピストン上、下死点で運動方向が急激に変化す
る場合に、セグメント１４，１５に作用する慣性力と傾
斜面１３ａ，１３ｂでスラスト力を生じ、このスラスト
力によりピストン１０をシリンダ３の一方に押付けてピ
ストンスラップを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４サイクル等のレシプ
ロ型エンジンに関し、詳しくは、ピストンがシリンダの
壁面を叩くピストンスラップを低減する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レシプロ型エンジンは、シリン
ダに挿入されて直線的に往復運動するピストンが、コン
ロッドを介してクランク軸に連結され、ピストンの往復
運動をクランク軸の回転動力に変換して出力するように
構成されている。ここでピストンとシリンダの間には、
所定のピストンクリアランスが設けられ、高い燃焼温度
によるピストンとシリンダの熱膨張差を吸収して、ピス
トンの焼付きを防止している。またピストン上、下死点
ではピストンの運動方向が急激に変わり、このときピス
トン、コンロッド、クランク軸の力学的特性、燃焼圧等
により、ピストンが傾いて振動する。そこでこのような
ピストンのクリアランスや振動により、ピストンがシリ
ンダの壁面を叩くピストンスラップを生じることが知ら
れている。このことから、このピストンスラップを低減
してその騒音を減じ、耐久性を増大することが望まれて
いる。

【０００３】従来、上記ピストンスラップの低減に関し
ては、例えば特公昭５７−４９７２３号公報の先行技術
がある。ここでピストンの下死点近傍でポンプ作動して
潤滑油をシリンダ内に注入し、比較的厚い油膜を形成
し、この油膜の存在によりピストンがその運動方向を変
える際の傾きを規制してピストンスラップを低減するこ
とが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、潤滑油の油膜を用いてピストンの
傾き、振動を規制する方法であるから、潤滑油の使用量
が多くなり、ピストンの上死点側には適応できない。ま
た油膜の厚さ等には限界があるので、ピストンクリアラ
ンスが多くなると、効果が低下する等の問題がある。

【０００５】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、ピストンクリアランスを充分に確保して焼付きを防
止し、且つピストン上、下死点近傍でのピストンスラッ
プを的確に低減することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、シリンダの内部に往復移動可能に挿入さ
れるピストンのスカート部に少なくとも１つの凹部を設
け、この凹部の底にピストン往復移動方向に対して傾い
た傾斜面を形成し、この傾斜面の箇所にセグメントを傾
斜面とシリンダとの間に挟み込むように装着するもので
ある。

【０００７】

【作用】上記構成に基づき、エンジン運転時のピストン
上、下死点においてピストンの運動方向が急激に変化す
ると、セグメントに作用する慣性力が最大となって凹部
の傾斜面とシリンダの間に挟み込まれ、このとき傾斜面
で慣性力の水平方向分力によるスラスト力を生じ、この
スラスト力で強制的にピストンをシリンダの一方へ押付
けてピストンスラップを低減するようになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図３においてディーゼルエンジンの概略について
説明すると、符号１はシリンダブロック、２はシリンダ
ヘッドであり、シリンダブロック１にシリンダ３が形成
され、シリンダ３の内部にピストン１０が往復移動可能
に挿入されている。またシリンダブロック１の内部には
クランク軸４が回転自在に設置され、このクランク軸４
がコンロッド５、ピストンピン６を介してピストン１０
に連結され、シリンダ３の上方にバルブ７等が配置され
ている。ピストン１０はヘッド部１０ａに所定の形状の
燃焼室１１が形成され、ヘッド部１０ａの近くの周面に
ピストンリング１２が取付けられて、気密を保つと共に
オイルが燃焼室１１に入るのを防止している。ここでシ
リンダ３とピストン１０との間には所定のピストンクリ
アランスが設けられ、高い燃焼温度による熱膨張差を吸
収することが可能になっている。

【０００９】図１と図２において、上記エンジンのピス
トンスラップ防止手段について説明する。先ずピストン
１０のスカート部１０ｂの一部に凹部１３が形成され、
この凹部１３の内部に２つのセグメント１４，１５が設
置されている。凹部１３は、ピストン軸方向に沿った細
長い長方形に形成され、底の上下に山形に傾斜する２つ
の傾斜面１３ａ，１３ｂが形成され、これらの２つの傾
斜面１３ａ，１３ｂは略等しい傾斜角度で相互に逆方向
に傾いている。上方のセグメント１４は上方の傾斜面１
３ａと同一に傾斜する底面１４ａを有して、凹部１３よ
り少し突出する大きさに形成され、下方のセグメント１
５は下方の傾斜面１３ｂと同一に傾斜する底面１５ａを
有して、同様に凹部１３より少し突出する大きさに形成
されている。

【００１０】そして上方のセグメント１４は凹部１３の
内部のヘッド側半分の領域に、他方のセグメント１５は
反対側の半分の領域にそれぞれ上下動可能に挿入され
る。これによりピストン１０の上昇中または下降中で
は、２つのセグメント１４，１５がピストン１０と一緒
に移動する。またピストン上、下死点でピストン１０の
運動方向が急激に変化するときに、２つのセグメント１
４，１５に作用する慣性力が最大となり、上死点近傍で
は上方のセグメント１４を傾斜面１３ａとシリンダ３と
の間に挟み込み、下死点近傍では下方のセグメント１５
を傾斜面１３ｂとシリンダ３との間に挟み込むように構
成される。

【００１１】ここで、両セグメント１４，１５の合計重
量をＷ、クランク軸４の半径をｒ、角速度をω、重力加
速度をｇとすると、両セグメント１４，１５に作用する
慣性力Ｆ₁ は、Ｆ₁ ＝Ｗ・ｒ・ω² ／ｇとなる。そこで例えばピストン上死点で傾斜面１３ａに
セグメント１４が楔状に挟み込んだ場合では、速度が零
であって摩擦係数を無視することができ、傾斜角度をα
とすると、傾斜面１３ａに垂直方向のスラスト力Ｆ₂ は
近似的に以下のようになる。２Ｆ₂ ・ｓｉｎα／２＝Ｆ₁ 従って、スラスト力Ｆ₂ は、Ｆ₂ ＝Ｗ・ｒ・ω² ／２ｇ・ｓｉｎα／２になる。ピストン下死点でも同様のスラスト力Ｆ₂ が作
用することは、勿論である。このことから、エンジンの
仕様、セグメントの形状や重量に応じて、ピストン上、
下死点で所定のスラスト力を生じることが分かる。

【００１２】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ずエンジン運転時には、吸気行程でバルブ７が開
きピストン１０が下降してシリンダ３内に空気が吸入さ
れ、圧縮行程でピストン１０が上昇することでシリンダ
３の空気が高圧縮され、上死点付近で燃料噴射されるこ
とで燃焼する。そして膨張行程では、再び燃焼圧力によ
りピストン１０が下降し、排気行程でピストン１０が上
昇するように往復運動するのであり、この運動がコンロ
ッド５によりクランク軸４の回転運動に変換される。

【００１３】上述のエンジン運転時において、ピストン
１０が上昇または下降行程の中間位置においては、ピス
トンの加速度は小さく２つのセグメント１４，１５に作
用する慣性力は小さいか最小であるから、２つのセグメ
ント１４，１５は傾斜面１３ａ，１３ｂに沿って後退位
置し、ピストン１０と共に移動して何等作用しない。そ
してピストン上死点近傍では、ピストン１０の運動方向
が上昇から下降に急激に変化することで、２つのセグメ
ント１４，１５に作用する上方向への慣性力が最大とな
って作用し、上方のセグメント１４が凹部１３の傾斜面
１３ａとシリンダ３との間に楔状に挟み込まれる。この
とき傾斜面１３ａとセグメント１４の底面１４ａにより
慣性力Ｆ₁ の水平方向の分力でスラスト力Ｆ₂ を生じ、
このスラスト力Ｆ₂ で強制的にピストン１０のピストン
スラップ運動を防止する。そこでピストンクリアランス
が実質的にゼロになって、ピストン１０の傾きや振動が
抑制される。

【００１４】またピストン下死点近傍においても、ピス
トンに作用する加速度は最大となるから、２つのセグメ
ント１４，１５に下方の慣性力が最大に作用して、今度
は下方のセグメント１５が傾斜面１３ｂとシリンダ３と
の間に挟み込まれ、同様のスラスト力Ｆ₂ を生じる。そ
してこのスラスト力Ｆ₂ により同様にピストン１０の姿
勢を支え、ピストン１０の傾きや振動が抑制されるので
あり、こうしてピストン上、下死点において共にピスト
ンスラップが低減される。

【００１５】尚、例えば２６０ｃｃクラスのエンジンで
のピストンスラップ低減効果を、上述の式に基づいて具
体的に説明する。即ち、Ｗ＝２０ｇ、ｒ＝６ｃｍ、ω＝
３６００・２π／６０、α＝１０度、ｇ＝９．８ｍ／ｓ
ｅｃとすると、Ｆ２＝５７．５ｋｇになる。従って、か
なり大きいスラスト力Ｆ₂ が得られ、ピストン１０を充
分シリンダ側に押付けてピストンスラップを低減するこ
とができる。

【００１６】なお、セグメントと凹部との大きさを適切
に設定することにより、ピストンクリアランスが実質的
にゼロから所定のクリアランスを保持する態様に適宜組
み合わせることができる。即ち、図４では２つのセグメ
ント１４，１５と凹部１３との大きさを適切に定めてセ
グメントクリアランスＳ．Ｃ．を所定量に設定して、ピ
ストンクリアランスＰ．Ｃ．を実質的にゼロに近くし、
或いは図５のように、慣性力が作用する時点でセグメン
トクリアランスＳ．Ｃ．をゼロとして、ピストンクリア
ランスＰ．Ｃ．を所定量に定め得る。

【００１７】図６と図７において、本発明の他の実施例
について説明する。この実施例ではピストン１０のスカ
ート部１０ｂに凹部として、２つの溝２０，２１がリン
グ状に設けられ、これらの溝２０，２１の底にそれぞれ
傾斜面２０ａ，２０ｂが形成される。また２つのセグメ
ント２２，２３は溝形状に対応した円弧状であり、傾斜
面２０ａ，２０ｂと同一に傾斜した底面２２ａ，２３ａ
を有し、各溝２０，２１の対向した位置に移動可能に挿
入される。そしてノックピン２４により各セグメント２
２，２３の円周方向のズレが防止されている。尚、図３
と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。

【００１８】そこでこの実施例では、エンジン運転時に
おいてピストン上死点では、上方のセグメント２２での
み慣性力を生じて、そのセグメント２２のスラスト力Ｆ
₂ によりピストン１０をシリンダ３の一方へ強制的に押
付けてピストンスラップが低減される。またピストン下
死点では、下方のセグメント２３でのみ慣性力を生じ
て、そのセグメント２３のスラスト力Ｆ₂ により同様に
ピストンスラップが低減される。

【００１９】ここで、セグメントは一体同質材である必
要はなく、金属と非鉄との組み合わせで、ピストンを押
し付けるとき、緩衝作用を持たせてもよい。即ち、図８
に示すように、セグメントのシリンダ及びピストン側に
接する層１４ｂ，１４ｃを金属製とし、この両者の間は
ゴム又は樹脂等の緩衝作用を持つ非鉄材の中間層１４ｄ
とすることもできる。

【００２０】以上、本発明の実施例について説明した
が、種々のエンジンにも適応することができるのは勿論
である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エンジンにおいてピストンに２つのセグメントが装着さ
れ、ピストン上、下死点で運動方向が急激に変化する際
の慣性力を利用してピストンをシリンダの一方に押付け
るように構成されるので、ピストンクリアランスを確保
して、ピストンの傾きや振動、それに伴うピストンスラ
ップ、騒音等を効果的に低減することができる。セグメ
ントに作用する慣性力と傾斜面を用いて水平方向分力の
スラスト力を生じ、このスラスト力でピストンを押付け
るものであるから、充分に大きい押付け作用を行うこと
ができ、実用性が高い。ピストンの上死点と下死点で共
に振動等が抑制されるので、ピストンスラップ低減の効
果が大きい。

【００２２】図１と図２の実施例では、ピストンの一部
に凹部やセグメントが装着されるので、ピストンの耐久
性等の点で有利になり、ガタ等も少ない。図６と図７の
実施例では、凹部が溝形状であるから、その加工やセグ
メントの取付けが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジンの実施例を示す要部の縦
断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】ディーゼルエンジンの概略を示す断面図であ
る。

【図４】セグメントクリアランスとピストンクリアラン
スとの関係を示す図である。

【図５】セグメントクリアランスとピストンクリアラン
スとの関係を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図７】図４のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】セグメントの他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

３シリンダ１０ピストン１０ｂスカート部１３凹部１３ａ，１３ｂ傾斜面１４，１５セグメント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダの内部に往復移動可能に挿入さ
れるピストンのスカート部に少なくとも１つの凹部を設
け、この凹部の底にピストン往復移動方向に対して傾い
た傾斜面を形成し、この傾斜面の箇所にセグメントを傾
斜面とシリンダとの間に挟み込むように装着することを
特徴とするエンジン。
【請求項２】上記凹部は長方形に形成されて、その底
に２つの傾斜面が谷形に形成され、各傾斜面の箇所にそ
れぞれ同一に傾斜する底面を有する所定の重量のセグメ
ントが移動可能に挿入されることを特徴とする請求項１
記載のエンジン。
【請求項３】上記凹部は２つのリング状の溝であり、
これらの溝の底にそれぞれ傾斜面が形成され、溝の内部
に傾斜面と同一に傾斜する底面を有する円弧状のセグメ
ントが、ノックピンで円周方向のズレを規制して移動可
能に挿入されることを特徴とする請求項１記載のエンジ
ン。