JPH0628238U - ピストンのリングランド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は内燃機関のピストン構造に係るもの
であり、特にＦＣＤ（球状黒鉛鋳鉄）一体形構造のピス
トンにおいて、リング・ライナの摩耗低減と、内側ボス
部の応力低減を図るものである。 【構成】 冷却空洞を有するＦＣＤ一体形構造のピスト
ンにおいて、該ピストンの第１リングから下方のリング
ランド部肉厚を、ピン軸断面付近肉厚部１では厚く、ピ
ン直角断面付近肉厚部２では薄く構成することにより、
周方向でリングランド部肉厚を変化させることを特徴と
するピストンのリングランド構造。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関のピストン構造に係るものであり、特にＦＣＤ（球状黒鉛鋳 鉄）一体形構造のピストンにおいて、リング・ライナの摩耗低減と、ボス部の応 力低減を図るものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の技術について、図９から図１５において図示している。そして該図９か ら図１５において示す如く、従来は第１リング裏部の肉厚は周方向で一定に構成 されていたのである。即ち、コージェネ機関を除く通常の機関では、負荷変動が 比較的大きい為に、ピストン熱負荷や熱変形量も大きく変化する為に、従来構造 のピストンであっても、リング溝下面角度は負荷変動により、ピストンの変形状 態が変化するので、リング摺動面の摩耗形状は自然に円弧状に形成されていたの である。その結果、リングやライナの摩耗量も少なかったのである。

【０００３】 図９は従来のピストンのリングランド構造を示す側面断面図、図１０は従来の ピストンの運転中熱変形した時のピン軸断面とピン直角断面における第１リング 溝下面４ａの傾きを示す図面、図１１は従来のピストンのピストン頂面５に係る 荷重のピン軸断面とピン直角断面における状態を示す側面図、図１２は従来の爆 発上死点における第１リング溝下面とライナ内面に直角な面の傾斜角度を示す図 面、図１３は従来のガス圧の作用していない状態における第１リング摺動面とラ イナ内面の角度を示す図面、図１４は従来のピストンのピン軸断面付近肉厚１と ピン直角断面付近肉厚２が同じであることを示す平面図、図１５は従来構造でコ ージェネ機関に用いられて一定回転負荷で運転された場合、リング先端が鋭角状 プロフィールとなる状態と鋭角状プロフィールとなった状態で最小油膜厚さが非 常に小さくなることを示す図面である。

【０００４】 図９において示すピストン断面の如く、従来はピン軸断面付近肉厚部１の厚さ ｔＰと、ピン直角断面付近肉厚部２の厚さｔＴは同じ厚さに構成されていたので ある。故に、図１０に示す如く、ピストンが運転中熱変形状態における第１リン グ溝４のリング溝下面４ａの傾斜角度である角度θＰと角度θＴは同じとなって いたのである。また図１１に示す如くピストン頂面５に係る荷重も内側のボス８ に大部分が掛かっていたのである。また、図１２に示す如く、爆発上死点付近に おいて、ピストンが変形した状態の第１リング溝４のリング溝下面４ａの角度は 、「角度θＰ＝角度θＰ」となっていたのである。故に、ガス圧の作用していな い場合である図１３においては、第一リング７が弾性力により水平に戻った場合 のライナ内面と第一リング７の先端断面との角度θＰ’と角度θＴ’も同じとな っていたのである。

【０００５】 図１４において示す如く、従来は、ピン軸断面付近肉厚部１の厚さｔＴと厚さ ｔＰが同じであったので、第一リング７の先端の摩耗角度である角度θＴ’と角 度θＰ’がほぼ同じとなり、第一リング７がエンジンの運転と共に、３６０°回 転したとしても、何時も同じ角度でライナの内面に接当することとなり、先端形 状が円弧状プロフィール７ｂではなくて鋭角状プロフィール７ａとなっていたの である。該鋭角状プロフィールとなることにより、ライナ９内面の油膜層の削り 取りが激しく、最小油膜厚さが薄くなり、リングやライナの摩耗が激しかったの である。またピストン頂面５に係る筒内圧荷重が内側のボス８のみに掛り、内側 ボス部は過負荷状態となっていたのである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

このように、コージェネ機関のような一定回転・一定負荷で長時間運転される エンジンの場合には、ピストンの変形状態が常時一定となるのでリング摺動面プ ロフィールがテーパ状となり易く、油膜の形成が困難となってリング及びライナ ９の摩耗が大きくなるという不具合があったのである。本考案は、リング摺動面 の摩耗メカニズムとリング回転の特性に、ピストン変形の周方向での変化を組み 合わせて、一定回転・一定負荷の元でのコージェネ機関の場合でも、自動的に油 膜形成に有利な円弧状プロフィールが形成できるように構成したのである。また 従来のピストン構造であると、ピストン頂部の筒内圧荷重のピンへの伝達が内側 のボスに集中し、応力過大となるのである。本考案はこの不具合をも解消するも のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するた めの手段を説明する。即ち、冷却空洞を有するＦＣＤ一体形構造のピストンにお いて、該ピストンの第１リングから下方のリングランド部肉厚を、ピン軸断面付 近肉厚部１では厚く、ピン直角断面付近肉厚部２では薄く構成することにより、 周方向でリングランド部肉厚を変化させるものである。

【０００８】

【作用】

次に作用を説明する。第１リング溝４のリング溝下面４ａの角度は、負荷運転 時に変形するのであるが、この変形時のピン軸断面側の角度θＰが、厚肉として 剛性大の為にピン直角断面側の角度θＴよりも小となるのである。このように、 ピン軸断面側の角度θＰと、ピン直角断面側の角度θＴが相違することにより、 エンジンの運転と共に第一リング７が、ピストンの円周上で回転すると、リング 摺動面７ａの摩耗形状は図７に示す如く、自然に円弧状に形成されていくのであ る。

【０００９】

【実施例】

次に実施例を説明する。図１は本考案のピストンのリングランド構造を示す側 面断面図、図２は本考案のピストンのピン軸断面とピン直角断面における、運転 中熱変形した時第１リング摺動面４ａの傾きを示す図面、図３は本考案のピスト ンのピストン頂面５に係る荷重のピン軸断面とピン直角断面における状態を示す 側面図、図４は爆発上死点における第１リング溝下面とライナ内面に直角な面と の傾斜角度を示す図面、図５はガス圧の作用していない状態における第１リング 摺動面とライナ内面の角度を示す図面、図６は本考案のピストンのピン軸断面付 近肉厚１とピン直角断面付近肉厚２を相違した状態を示す平面図、図７はリング がピストンの周囲を回転することにより徐々に、リング先端が円弧状プロフィー ルとなる状態を示す図面、図８は該円弧状プロフィールとなった状態で油膜厚さ の変化を示す図面である。

【００１０】 図１において説明する。即ち、コージェネ機関等に使用するエンジンのピスト ンにおいて、本考案はピストンピン嵌入孔３に沿った方向の断面であるピン軸断 面付近で、第１リング溝４の裏側の肉厚部１の厚さｔＰを、ピン直角断面の肉厚 部２の厚さｔＴよりも大に構成したのである。そして実際は、図６において図示 する如く、円周方向に沿って厚さｔＴと厚さｔＰを徐々に変化しているのである 。

【００１１】 このように構成することにより、第１リング溝４のリング溝下面４ａの角度は 、負荷運転時に熱変形量により変形するのであるが、この変形時のピン軸断面側 の角度θＰが、ピン直角断面側の角度θＴよりも小となるのである。このように 、ピン軸断面側の角度θＰと、ピン直角断面側の角度θＴが相違することにより 、エンジンの運転と共に第一リング７が、ピストンの円周上で回転すると、リン グ摺動面７ａの摩耗形状は図７に示す如く、自然に円弧状に形成されていくので ある。

【００１２】 また図３と図６において、ピストン頂面５に係る筒内圧荷重について説明する 。従来のピストン構造であると、ピストン頂面５の筒内圧荷重のピンへの伝達が 内側のボス８の部分に集中し、該内側のボス８の部分が応力過大となっていたの である。本考案はこの不具合をも解消することが出来るのである。即ち、従来は ピン軸断面付近肉厚部１やピン直角断面付近肉厚部２の部分の厚さｔＰ及び厚さ ｔＴが同じであり、その厚さは薄かったので、この部分において筒内圧荷重を受 けることが少なかったのである。本考案においては、このピン軸断面付近肉厚部 １の部分を、ピン直角断面付近肉厚部２の部分よりも厚くすることにより、内側 のボス８の部分への応力過大状態をも解消することが出来たのである。

【００１３】 図４においては、爆発上死点付近における第一リング７の状態を示している。 そして、ピン軸断面付近肉厚部１の部分は、厚さｔＰと厚いので、変形量が少な く、またピン直角断面付近肉厚部２の方は厚さｔＴを薄く構成しているので、変 形量が多く、第一リング溝下面４ａの傾斜角度である、「角度θＰ＜角度θＴ」 となるのである。図５においては、ガス圧の作用してない時を示している。この 場合には、第一リング７は弾性力により水平状態に戻り、ライナ９の内壁と第一 リング７の先端面との角度は、角度θＰ’と角度θＴ’となるのである。この場 合にも、「角度θＰ’＜角度θＴ’」の状態を維持している。

【００１４】 次に図７において説明する。図６に示す如く、ピストンの円周において、ピン 直角断面付近肉厚部２の部分で「厚さｔＰ＞厚さｔＴ」に構成したことにより、 「角度θＰ＜角度θＴ」となり、このように角度θＴと角度θＰが相違する円周 上で、第一リング７がエンジンの運転に従い回転することにより、図７の如く、 第一リング７の先端面が、角度θＰ’と角度θＴ’の２段で摩耗が繰り返されて 、円弧状プロフィールが構成されるのである。

【００１５】 次に図８を説明する。このように、第一リング７の先端外周面の断面形状が、 鋭角状プロフィール７ａではなくて、円弧状プロフィール７ｂに構成することに より、図８の如く、ライナ９の内面と円弧状プロフィールとが接触しても、油膜 面を掻き落とす作用は適度となり、最小油膜厚を大きく残すことが可能となり、 リングやライナ９の摩耗量を減少させることが出来るのである。

【００１６】

【考案の効果】

本考案は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。即ち、 第１リング摺動面は爆発上死点付近で、ガス圧力により溝下面に押しつけられて 、ライナ９の内面により摩耗する。この為、第１リング溝４の部分の肉厚を、本 考案の如く変化させておけば、運転中の熱変形や筒内圧変形により第１リング溝 下面角度は周方向で変化し、リング摺動面の摩耗形状であるテーパ角も周方向で 変化する。そしてリングは運転中においてピストンの周囲を回転する為、リング 摺動面形状は円弧状となり、油膜を形成し易く、リング及びライナの摩耗量が減 少する。

【００１７】 第２に、ピン軸断面付近の肉厚を厚くすることにより、頂面筒内圧荷重は内側 ボスとリング裏部に分散されて、ピン部に伝達されるのでボス部応力も低減され るのである。

【００１８】 第３に、コージェネ機関の場合に、従来構造のピストンを使用すると、リング やライナの摩耗が早い為に、ＬＯＣ・ブローバイ性能が短時間に悪化し易いので 、リングやライナの交換を頻繁にするか、又は機関寿命が短くなって、コージェ ネ機関に要求される耐久性が満足されないという不具合が発生するのであるが、 本考案のピストンではこの不具合を解消出来るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のピストンのリングランド構造を示す側
面断面図。

【図２】本考案のピストンのピン軸断面とピン直角断面
における、第一リング溝下面４ａの傾きを示す図面。

【図３】本考案のピストンのピストン頂面５に係る荷重
のピン軸断面とピン直角断面における状態を示す側面
図。

【図４】爆発上死点における第１リング溝下面とライナ
内面に直角な面との傾斜角度を示す図面。

【図５】ガス圧の作用していない状態における第１リン
グ摺動面とライナ内面の角度を示す図面。

【図６】本考案のピストンのピン軸断面付近肉厚１とピ
ン直角断面付近肉厚２を相違した状態を示す平面図。

【図７】リングがピストンの周囲を回転することにより
徐々に、リング先端が円弧状プロフィールとなる状態を
示す図面。

【図８】該円弧状プロフィールとなった状態で油膜厚さ
の変化を示す図面である。

【図９】従来のピストンのリングランド構造を示す側面
断面図。

【図１０】従来のピストンのピン軸断面とピン直角断面
における第１リング溝下面４ａの運転時熱変形による傾
きを示す図面。

【図１１】従来のピストンのピストン頂面５に係る荷重
のピン軸断面とピン直角断面における状態を示す側面
図。

【図１２】従来の爆発上死点における第１リング溝下面
とライナ内面に直角な面との傾斜角度を示す図面。

【図１３】従来のガス圧の作用していない状態における
第１リング摺動面とライナ内面の角度を示す図面。

【図１４】従来のピストンのピン軸断面付近肉厚１とピ
ン直角断面付近肉厚２が同じであることを示す平面図。

【図１５】従来構造でコージェネ機関に用いられて、一
定回転負荷で運転された場合、リング先端が鋭角状プロ
フィールとなる状態と鋭角状プロフィールとなった状態
で最小油膜厚さが非常に小さくなることを示す図面であ
る。

【符号の説明】

１ ピン軸断面付近肉厚部 ２ ピン直角断面付近肉厚部 ３ ピストンピン嵌入孔 ４ 第１リング溝 ４ａ 第１リング溝下面 ５ ピストン頂面 ７ 第一リング ７ａ 鋭角状プロフィール ７ｂ 円弧状プロフィール ８ 内側のボス ９ ライナ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却空洞を有するＦＣＤ一体形構造のピ
   ストンにおいて、該ピストンの第１リングから下方のリ
   ングランド部肉厚を、ピン軸断面付近肉厚部１では厚
   く、ピン直角断面付近肉厚部２では薄く構成することに
   より、周方向でリングランド部肉厚を変化させることを
   特徴とするピストンのリングランド構造。