JPH07269413A - Piston - Google Patents

Piston

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Publication number
JPH07269413A
JPH07269413A JP6263794A JP6263794A JPH07269413A JP H07269413 A JPH07269413 A JP H07269413A JP 6263794 A JP6263794 A JP 6263794A JP 6263794 A JP6263794 A JP 6263794A JP H07269413 A JPH07269413 A JP H07269413A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
top ring
temperature
piston
ring groove
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6263794A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eijiro Kuramochi
栄次郎 倉持
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
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Publication of JPH07269413A publication Critical patent/JPH07269413A/en
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent trouble such as ring breakage in a structure having a top ring groove for reducing smoke. CONSTITUTION:A top ring 12 is formed of a shape memory alloy which expands a diameter in a low temperature region lower than a specified temperature while contracts the diameter in a high temperature region higher than a specified temperature. In a low and intermediate engine speed range wherein a temperature of piston 11 is relatively low, the top ring 11 is swelled from a top ring groove 14 at a high position and a dead volume VD1 is reduced in accordance with a top land 22 thereof. In a high engine speed region wherein the temperature of the piston 11 is high, the top ring 12 is received in the top ring groove 14 so as to prevent seizure between the top ring 12 and a cylinder liner 13.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のピストンに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston for an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5(a)に示すように、ピストン1に
はピストンリング(図示せず)を装着するためのリング
溝が設けられており、通常上位からトップリング溝2、
セカンドリング溝3、オイルリング溝4が配置されてい
る。また近来にあっては、図5(b)に示すように、ト
ップリング溝5をより高い位置に設け(トップランド
6,7の高さL1 >L2 )、トップランド7とシリンダ
ー(図示せず)との間に生ずるデッドボリューム(無駄
容積)を小さくすることでスモーク低減を図っている。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 5 (a), a piston 1 is provided with a ring groove for mounting a piston ring (not shown).
A second ring groove 3 and an oil ring groove 4 are arranged. Further, recently, as shown in FIG. 5B, the top ring groove 5 is provided at a higher position (the height L 1 > L 2 of the top lands 6 and 7), and the top land 7 and the cylinder (see FIG. Smoke is reduced by reducing the dead volume (waste volume) generated between (not shown).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらトップリ
ング溝5の位置を高くすると、そのトップリング溝5及
びトップリング溝5に装着されるトップリングの温度が
従来の位置のものよりも上昇する傾向にあるために、ト
ップリングとトップリング溝5との固着及び摩耗等が発
生する。このためピストン内部のトップリング溝5の近
傍に冷却空洞8を設けるようにしているが、トップリン
グ溝5の温度低下には限界があり、トップリングとトッ
プリング溝5の摩耗が進行してリング折損などのトラブ
ルにつながるという問題があった。
However, when the position of the top ring groove 5 is raised, the temperature of the top ring groove 5 and the top ring mounted in the top ring groove 5 tends to rise more than in the conventional position. Therefore, the top ring and the top ring groove 5 are fixed and worn. For this reason, the cooling cavity 8 is provided in the vicinity of the top ring groove 5 inside the piston, but there is a limit to the temperature drop of the top ring groove 5, and the wear of the top ring and the top ring groove 5 progresses and the ring There was a problem of leading to troubles such as breakage.

【0004】そこで本発明は、スモーク低減を図るトッ
プリング溝を有した構成でのリング破損などのトラブル
を防止できるピストンを提供すべく創案されたものであ
る。なお本発明に関連する従来技術としては、「内燃機
関のピストンリング構造」(実開平4−56263号公
報)、「セラミック製ピストンリングを持つピストン」
(実開平4−44455号公報)、「インナーリング」
(特開昭62−167975号公報)がある。
Therefore, the present invention was devised to provide a piston capable of preventing troubles such as ring breakage in a structure having a top ring groove for reducing smoke. The prior arts related to the present invention include "piston ring structure of internal combustion engine" (Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-56263), "Piston having ceramic piston ring".
(Japanese Utility Model Publication No. 4-44455), "Inner ring"
(Japanese Patent Laid-Open No. 62-167975).

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、トップリング
を、所定温度以下の低温域において拡径し所定温度を越
えた高温域において縮径する形状記憶合金にて形成した
ものである。
According to the present invention, a top ring is formed of a shape memory alloy that expands in a low temperature region below a predetermined temperature and contracts in a high temperature region above a predetermined temperature.

【0006】[0006]

【作用】上記構成によって、ピストンが比較的低温であ
る機関低・中速域では、トップリングが高い位置のトッ
プリング溝から膨出して、そのトップランドに相応して
デッドボリュームが減少される。高温である機関高速域
では、トップリングがトップリング溝内に収まり、トッ
プリングとシリンダーライナーとの焼付きが防止され
る。
With the above construction, the top ring swells out from the top ring groove at a high position in the engine low / medium speed range where the piston is at a relatively low temperature, and the dead volume is reduced corresponding to the top land. In the high engine speed region where the temperature is high, the top ring fits in the top ring groove, and seizure between the top ring and the cylinder liner is prevented.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0008】図1及び図2は、本発明に係わるピストン
の一実施例を示したものである。このピストン11は、
トップリング12が低温域において拡径し高温域におい
て縮径する形状記憶合金にて形成されている。言い換え
ると、このトップリング12は、低温時の径D1 が高温
時の径D2 よりも大となる(D1 >D2 )ように形成さ
れている。この形状記憶合金としては、コンプレッショ
ンリングに要求される機能を有する材質のものであれば
どのようなものでもよく、例えば公知のNi−Ti合金
とする。またその変形の境界となる温度(Ms点)とし
ては、機関の高速域でのピストン温度と低・中速域での
ピストン温度との境界の温度とする。
1 and 2 show an embodiment of a piston according to the present invention. This piston 11
The top ring 12 is formed of a shape memory alloy that expands in the low temperature region and contracts in the high temperature region. In other words, the top ring 12 is formed so that the diameter D 1 at low temperature is larger than the diameter D 2 at high temperature (D 1 > D 2 ). The shape memory alloy may be any material as long as it has a function required for the compression ring, and is, for example, a known Ni—Ti alloy. Further, the temperature (Ms point) that becomes the boundary of the deformation is the temperature at the boundary between the piston temperature in the high speed region of the engine and the piston temperature in the low / medium speed region.

【0009】すなわち図3に示すように、スモーク発生
傾向はエンジン回転域によって異なっており、低速域及
び中速域ではデッドボリュームVD が大になるにつれて
スモーク大となるが、高速域ではデッドボリュームVD
の値にはほとんど影響がない。従って、特に低・中速域
でデッドボリュームVD を小さくすれば、スモークの発
生を有効に減少させることができる。また図4に示すよ
うに、ピストン温度は機関回転数に大きく支配される。
例えばピストン頂部付近(図中矢印A)にあって、回転
数3,500rpmで1/2 負荷のときのピストン温度(約180
℃)の方が、回転数2,500rpmで全負荷のときのピストン
温度(約160 ℃)よりも高い。従ってトップリング12
は、低温時に拡径し、高温時に縮径するため、機関低・
中速域ではデッドボリュームVD が減少して、スモーク
の発生が低減されると共に、機関高速域ではトップリン
グ12とシリンダライナ13との接触が回避され、トッ
プリング12に大きな燃焼圧力がかかることが防止され
てトップリング12及びトップリング溝14の固着,摩
耗の発生が抑制される。本実施例にあっては、図4を考
慮に入れてMs点を170 ℃と設定し、この温度以下であ
ればトップリング12が拡径して、シリンダーライナー
13に摺動することで、低・中速域におけるデッドボリ
ュームVD1が高速域におけるデッドボリュームVD2より
も小さくなるように区画するものとした(VD1
D2)。
That is, as shown in FIG. 3, the tendency of smoke generation varies depending on the engine rotation range. The smoke volume increases as the dead volume V D increases in the low speed range and the medium speed range, but increases in the high speed range. V D
Has little effect on the value of. Therefore, if the dead volume V D is made small especially in the low / medium speed range, the occurrence of smoke can be effectively reduced. Further, as shown in FIG. 4, the piston temperature is largely controlled by the engine speed.
For example, in the vicinity of the top of the piston (arrow A in the figure), at a rotational speed of 3,500 rpm and a 1/2 load, the piston temperature (approximately 180
(° C) is higher than the piston temperature (about 160 ° C) at 2,500 rpm and full load. Therefore, top ring 12
Is expanded at low temperatures and contracted at high temperatures,
In the medium speed range, the dead volume V D is reduced to reduce the generation of smoke, and in the high speed range of the engine, contact between the top ring 12 and the cylinder liner 13 is avoided, and a large combustion pressure is applied to the top ring 12. And the occurrence of sticking and wear of the top ring 12 and the top ring groove 14 is suppressed. In the present embodiment, the Ms point is set to 170 ° C. in consideration of FIG. 4, and if the temperature is below this temperature, the top ring 12 expands in diameter and slides on the cylinder liner 13 to reduce the temperature. -The dead volume V D1 in the medium speed range is defined to be smaller than the dead volume V D2 in the high speed range (V D1 <
V D2 ).

【0010】そしてこのトップリング12を装着するた
めのハイトップリング溝14は、ピストン11の頂部に
極めて近い位置に形成されている。すなわちトップラン
ド22の高さが極めて小さくなっていると共に、本実施
例にあっては、その下方に第二のトップリング15を装
着するためのロウトップリング溝16が形成されてい
る。第二のトップリング15としては、前記トップリン
グ12とは逆に、低温域において縮径し、高温域におい
て拡径する形状記憶合金にて形成されている。そのMs
点としては第一のトップリング15と同じ170 ℃とする
か、或いは位置の違いによる温度差を考慮して170 ℃以
下の適宜な値に設定する。すなわち全回転域に亘って、
第一のトップリング12及び第二のトップリング15の
いずれか一方のみが、シリンダーライナー13と摺動す
るようにする。またロウトップリング溝16の位置は、
図5(a)に示した従来のピストンのトップリング溝の
位置に相当するものであり、ハイトップリング溝14よ
りも低温となる傾向のものである。
The high top ring groove 14 for mounting the top ring 12 is formed at a position extremely close to the top of the piston 11. That is, the height of the top land 22 is extremely small, and in the present embodiment, the row top ring groove 16 for mounting the second top ring 15 is formed below the top land 22. Contrary to the top ring 12, the second top ring 15 is made of a shape memory alloy that contracts in a low temperature range and expands in a high temperature range. The Ms
The point is 170 ° C., which is the same as that of the first top ring 15, or is set to an appropriate value of 170 ° C. or less in consideration of the temperature difference due to the difference in position. That is, over the entire rotation range,
Only one of the first top ring 12 and the second top ring 15 slides on the cylinder liner 13. The position of the row top ring groove 16 is
This corresponds to the position of the top ring groove of the conventional piston shown in FIG. 5 (a), and tends to have a lower temperature than the high top ring groove 14.

【0011】なお図2に示したように、トップリング1
2の合口23a,23bは、低温時にできるだけクリア
ランスを狭くするために、高温時では極めて狭いものに
している。また図1に示したように、ハイトップリング
溝14及びロウトップリング溝16は、摩耗対策として
鋳込まれたニジレスト鋳鉄或いはFRMの環体(リング
トレガー)17に区画されている。そのリングトリガー
17の近傍のピストン本体には、トップリング溝14,
16を冷却するための冷却空洞18がキャビティ19の
底部を囲むように円環状に設けられている。このほかピ
ストン11本体には、従来同様のセカンドリング溝20
及びオイルリング溝21が設けられている。
As shown in FIG. 2, the top ring 1
The two joints 23a and 23b are made extremely narrow at high temperatures in order to make the clearance as narrow as possible at low temperatures. Further, as shown in FIG. 1, the high top ring groove 14 and the low top ring groove 16 are partitioned into a ring body (ring tregger) 17 of nigerest cast iron or FRM that is cast as a measure against wear. In the piston body near the ring trigger 17, the top ring groove 14,
A cooling cavity 18 for cooling 16 is provided in an annular shape so as to surround the bottom of the cavity 19. In addition, the second ring groove 20 similar to the conventional one is provided on the body of the piston 11.
Also, an oil ring groove 21 is provided.

【0012】次に本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0013】機関の低・中速回転域にあっては、ピスト
ン11の頂部近傍が170 ℃以下の比較的低温の状態であ
り、図1(a)に示したように、第一のトップリング1
2はハイトップリング溝14から膨出してシリンダーラ
イナー13の内面に摺接し、燃焼ガスのシールを行う。
これでデッドボリュームVD は、ハイトップリング溝1
4のトップランド22の高さに相当する小さなものとな
る(VD1)。また第二のトップリング15は縮径してロ
ウトップリング溝16内に収まっている状態であり、シ
リンダーライナー13には摺動しない。
In the low / medium speed rotation range of the engine, the vicinity of the top of the piston 11 is in a relatively low temperature of 170 ° C. or less, and as shown in FIG. 1 (a), the first top ring is used. 1
Reference numeral 2 swells from the high top ring groove 14 and makes sliding contact with the inner surface of the cylinder liner 13 to seal combustion gas.
Dead volume V D is now high top ring groove 1
It becomes a small one corresponding to the height of the top land 22 of 4 (V D1 ). The second top ring 15 is in a state of being reduced in diameter and contained in the row top ring groove 16, and does not slide on the cylinder liner 13.

【0014】そして高速域では、ピストン11の頂部近
傍が170 ℃以上の高温となり、図1(b)に示したよう
に、第一のトップリング12は縮径してハイトップリン
グ溝14内に収まり、シリンダーライナー13とは摺動
しない。一方、第二のトップリング15は拡径してロウ
トップリング溝16から膨出し、ピストン11の頂部か
ら適宜離れた位置においてシリンダーライナー13に摺
動し、燃焼ガスのシールを行う。
In the high speed region, the temperature near the top of the piston 11 reaches a high temperature of 170 ° C. or higher, and as shown in FIG. 1 (b), the first top ring 12 is reduced in diameter into the high top ring groove 14. It fits in and does not slide on the cylinder liner 13. On the other hand, the second top ring 15 expands in diameter and swells from the row top ring groove 16 and slides on the cylinder liner 13 at a position appropriately separated from the top of the piston 11 to seal combustion gas.

【0015】このように、ハイトップリング溝14に装
着する第一のトップリング12を形状記憶合金にて形成
し、低温の低・中速域において拡径してシリンダーライ
ナー13に摺動させると共に、高温の高速域において縮
径してハイトップリング溝14内に収まるようにしたの
で、第一のトップリング12を高い位置に設けても過度
な昇温がなく、第一のトップリング12とトップリング
溝14との固着,摩耗及びシリンダーライナー13との
焼付きを防止できる。すなわちデッドボリュームVD
小さくすることでスモークの発生を抑制でき、しかもリ
ング破損等のおそれがない。
As described above, the first top ring 12 to be mounted in the high top ring groove 14 is formed of a shape memory alloy, and the diameter is expanded in the low and medium speed regions of low temperature to slide on the cylinder liner 13. In the high temperature and high speed range, the diameter is reduced so that the high top ring groove 14 can be accommodated in the high top ring groove 14. Therefore, even if the first top ring 12 is provided at a high position, there is no excessive temperature rise and It is possible to prevent sticking to the top ring groove 14, abrasion and seizure with the cylinder liner 13. That is, the generation of smoke can be suppressed by reducing the dead volume V D , and there is no risk of ring breakage or the like.

【0016】また本実施例にあっては、トップリング溝
14,16を二段に設けて、いずれかのトップリング1
2,15をシリンダーライナー13に摺動させるように
したので、摺動摩擦が増加することがなく、しかもガス
シールの機能を適正に維持することができる。
Further, in this embodiment, the top ring grooves 14 and 16 are provided in two steps, and any one of the top rings 1 is formed.
Since the cylinders 2 and 15 are slid on the cylinder liner 13, the sliding friction does not increase and the function of the gas seal can be properly maintained.

【0017】なおトップリング12,15を形状記憶合
金にて製造するに際しては、例えば変形温度以上の温度
雰囲気中でリングを形成した後に、常温(低温)状態で
塑性変形させてやればよい。また変形温度は170 ℃に限
らず、その前後で適宜設定してよい。
When the top rings 12 and 15 are made of a shape memory alloy, for example, the rings may be formed in an atmosphere having a deformation temperature or higher and then plastically deformed at room temperature (low temperature). Further, the deformation temperature is not limited to 170 ° C., and may be appropriately set before and after that.

【0018】そして本実施例にあっては、ハイトップリ
ング溝14の下位にロウトップリング溝16を設けてそ
れぞれ形状記憶合金製のトップリング12,15を装着
するものとしたが、ロウトップリング溝16には通常の
金属製等のトップリングを設けるようにしてもよいし、
ロウトップリング溝16を省略して高速域ではセカンド
リングのみでガスシールを行うようにすることも考えら
れる。
In the present embodiment, the row top ring groove 16 is provided below the high top ring groove 14 and the top rings 12 and 15 made of shape memory alloy are attached to each row. The groove 16 may be provided with a normal metal top ring, or the like.
It is also conceivable to omit the row top ring groove 16 and perform gas sealing only by the second ring in the high speed range.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、デッドボ
リュームを小さくしてスモーク低減を達成すると共にリ
ング破損などのトラブルを防止できるという優れた効果
を発揮する。
In summary, according to the present invention, the dead volume can be reduced to reduce smoke and the troubles such as ring breakage can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わるピストンの一実施例を示した側
断面図であり、(a)は低・中速時の状態を示した図、
(b)は高速時の状態を示した図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of a piston according to the present invention, (a) showing a state at low / medium speed,
(B) is a diagram showing a state at a high speed.

【図2】図1のトップリングを示した平面図であり、
(a)は低温時の状態を示した図、(b)は高温時の状
態を示した図である。
FIG. 2 is a plan view showing the top ring of FIG.
(A) is a diagram showing a state at a low temperature, and (b) is a diagram showing a state at a high temperature.

【図3】本発明の作用を説明するためのスモークとデッ
ドボリュームとの関係図である。
FIG. 3 is a relationship diagram between smoke and dead volume for explaining the operation of the present invention.

【図4】本発明の作用を説明するための機関回転数及び
負荷の変化によるピストン位置毎のピストン温度分布図
である。
FIG. 4 is a piston temperature distribution chart for each piston position due to changes in engine speed and load for explaining the operation of the present invention.

【図5】従来のピストンを示した図であり、(a)はト
ップリング溝が通常の位置であるピストンの側断面図、
(b)はトップリング溝が高い位置のピストンの側断面
図である。
FIG. 5 is a view showing a conventional piston, FIG. 5A is a side sectional view of the piston in which a top ring groove is at a normal position,
(B) is a side sectional view of the piston in a position where the top ring groove is high.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ピストン 12 第一のトップリング(トップリング) 13 シリンダーライナー 14 ハイトップリング溝(トップリング溝) 22 トップランド VD1 デッドボリューム(低・中速域における)11 Piston 12 First Top Ring (Top Ring) 13 Cylinder Liner 14 High Top Ring Groove (Top Ring Groove) 22 Top Land V D1 Dead Volume (Low / Medium Speed Range)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トップリングを、所定温度以下の低温域
において拡径し所定温度を越えた高温域において縮径す
る形状記憶合金にて形成したことを特徴とするピスト
ン。
1. A piston, wherein the top ring is formed of a shape memory alloy that expands in a low temperature range below a predetermined temperature and contracts in a high temperature range above a predetermined temperature.
JP6263794A 1994-03-31 1994-03-31 Piston Pending JPH07269413A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6263794A JPH07269413A (en) 1994-03-31 1994-03-31 Piston

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JP6263794A JPH07269413A (en) 1994-03-31 1994-03-31 Piston

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JP (1) JPH07269413A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011503486A (en) * 2007-11-14 2011-01-27 マリキャップ オーワイ Lock ring

Cited By (1)

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040309