JPH0819875B2 - ピストン - Google Patents

ピストン

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JPH0819875B2
JPH0819875B2 JP60505420A JP50542085A JPH0819875B2 JP H0819875 B2 JPH0819875 B2 JP H0819875B2 JP 60505420 A JP60505420 A JP 60505420A JP 50542085 A JP50542085 A JP 50542085A JP H0819875 B2 JPH0819875 B2 JP H0819875B2
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レザム プリンス ローズ，マイケル
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エ−イ− ピ−エルシ−
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃期間又はコンプレッサのためのピスト
ンであって、クラウンとガジヨンピン孔とを備えてお
り、ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを含む平面
に関してほぼ対称的に、ピストン往復運動中に、協働す
るシリンダ又はライナへ側力を伝達するための支承面が
ピストンの周面上に設けられている形式のものに関す
る。
機関又はコンプレツサの協働するシリンダ又はライナ
内でピストンが往復運動すると、これらの部分間の接触
によつてノイズが発生する。このノイズの大部分は協働
するシリンダ又はライナに対するピストンの側方向運
動、いわゆる「ピストンスラツプ」に起因し、これは特
に機関又はコンプレツサが負荷されている際及びピスト
ンが上死点及び下死点に在る場合に生じる。これは広範
囲に測定されかつ分析されている。例えば、Journal of
Sound Vibration,（1965）２（２）の第132頁から第14
6頁までの、Ungar and Ross著“Vibrations and Noise
due to Piston Slap on Reciprocating Machinery"とい
う題名の記事を参照されたい。
このノイズは、ピストンとシリンダライナとの間の金
属と金属との接触の存在を暗に示すため不都合であり、
この金属と金属との接触は摩耗を生ぜしめかつノイズの
高いレベル故に不所望である。さらに、振動が発生し、
これは機関内にウエツトシリンダライナが使用される場
合にはキヤビテーシヨン浸食を生ぜしめるおそれがあ
り、これはやはり不所望である。これはJournal of the
Royal Naval Shipbuilding Society発行の1964年１月
の刊行物、Fearson著“Waterside Attack of Diesel En
gine Cylinder Liners"という題名の記事内に開示され
ている。
Fearson刊行物に提案された解決策はピストンスカー
トと、協働するライナとの間にオイルの充満帯域を形成
し、これによつてピストンの横方向のビスカスダンピン
グを得ることにある。これは２つのテーパ面シールリン
グを設けることによつて達成され、一方のテーパ面シー
ルリングがピストンスカートの下方の縁に向けられ、他
方のテーパ面シールリングがリングバンドのすぐ下方に
向けられる。この手段は、実際の経験によつて、シリン
ダライナ振動ひいてはノイズ及びライナキヤビテーシヨ
ンの削減のために成されたものである。
この手段はピストンスラツプの軽減において成功して
いるとはいえ、有利でない別の結果をも招いている。第
１に、リングとリングとの間に保持されたオイルの量が
比較的高圧であり、かつ、リングが常時、協働するシリ
ンダ又はライナに接触しているために、この圧力がまつ
たく放出されない。このことはオイル圧を増大せしめ、
これによつてオイルが上方のリングを通り、一般のコン
プレツサ及びオイルスクレーパリングを通つて燃焼室内
に押込まれる。これはオイル消費量を増大させると共に
排出エミツシヨンを増大せしめる。
第２に、ピストンの周りに隅なくオイルの充満帯域を
形成させることによつて、ピストンと、協働するシリン
ダ又はライナとの間でビスカス剪断力が増大する。これ
は機関出力を削減し、燃費を増大させる。
これらの理由で、ピストンスラツプを軽減させるこの
手段は、それを軽減する措置の要求にもかかわらず、広
く適用されていない。
本発明によれば、内燃機関又はコンプレツサのピスト
ンであつて、クラウンとガジヨンピン孔とを備えてお
り、ピストン軸線ガジヨンピン孔の軸線とを含む平面に
関してほぼ対称的に、ピストン往復運動中に、協働する
シリンダ又はライナへ側力が伝達するための支承面がピ
ストンの周面上に設けられている形式のものにおいて、
その特徴とするところは、支承面が少なくとも１つのオ
イル保持凹設部を備えており、このオイル保持凹設部
が、軸方向で間隔をおいて周方向で延びている縁を備え
ており、少なくとも１つの凹設部と、隣合う支承面との
間の各縁のところにほぼ半径方向に延びる段部が形成さ
れており、かつ、周方向で延びる緩やかな斜面を介し
て、周方向で隣合う支承面に接続された中央の底部が設
けられており、この底部及び斜面が凹設部の縁の間に延
びており、が形成されており、これにより、この凹設部
が、往復運動中のピストンの側方向運動をダンピングす
るための潤滑オイルを保持することにある。
次に添付図面を参照しながら本発明の３つの実施例を
詳細に説明する。添付図面のうち、 第１図は内燃機関またはコンプレツサのためのピスト
ンの第１の形状を示すと共に複数のオイル保持凹設部を
備えて形成された支承面を含む側面図、 第1A図は第１図のＧ−Ｇ線及びＥ−Ｅ線に沿つた支承
面の部分の断面図、 第1B図は第１図のＦ−Ｆ線に沿つた支承面の部分の断
面図、 第1C図は第１図のＤ−Ｄ線及びＢ−Ｂ線に沿つた支承
面の部分の断面図、 第1D図は第１図のＣ−Ｃ線に沿つた支承面の部分の断
面図、 第1E図は第１図のＳ−Ｓ線に沿つた支承面の部分を半
径方向に拡大されたスケールで示す断面図、 第1F図は第１図のＴ−Ｔ線に沿つて支承面の部分を半
径方向に拡大されたスケールで示す断面図、 第２図はそれぞれ１つ又はそれより多くのオイル保持
凹設部を備えた複数の支承面を有する内燃機関のための
ピストンの第２の形状の側面図、 第2A図は第２図のＧ−Ｇ線及びＥ−Ｅ線に沿つた支承
面の部分の断面図、 第2B図は第２図のＦ−Ｆ線に沿つた支承面の部分の断
面図、 第2C図は第２図のＤ−Ｄ線及びＢ−Ｂ線に沿つた支承
面の部分の断面図、 第2D図は第２図のＣ−Ｃ線に沿つた支承面の部分の断
面図、 第2E図は第２図のＳ−Ｓ線に沿つて支承面の部分を半
径方向の拡大スケールで示した鉛直断面図、 第2F図は第２図のＴ−Ｔ線に沿つた支承面の部分を半
径方向の拡大スケールで示した鉛直断面図である。
添付図面に基づいて説明されるすべての実施例におい
て、ピストンは内燃機関のためのアルミニウム又はアル
ミニウム合金から成るピストンである。ピストンは鋳
造、有利には圧縮鋳造によつて成形されてもよく、鍛造
によつて形成されてもよい。ピストンはクラウン10、圧
縮及びオイルコントロールピストンリングのための３つ
の溝12を含む周囲のリングバンド11及びピストン軸線と
ガジヨンピン孔14の軸線とを含む平面に関してほぼ対称
的に、設けたスカート13を備えている。
ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを含む平面に
関してほぼ対称的にピストンスカート13にスラスト面が
形成されており、このスラスト面は、以下に各実施例に
関連して詳細に説明される形状の１つ又はそれより多い
区域として形成されている。これらの面は連接棒から、
協働するシリンダ又はライナ（図示せず）へ側力を伝達
する。
特に第１図の実施例に関連して、各スラスト面15はリ
ングバンド11とスカートの下方の縁16との間で軸方向に
延びる各スカートの単１の区域によつて形成されてい
る。スラスト面15はその側方の縁のところで斜面17（第
1A図、第1B図、第1C図及び第1D図も参照）を介して周囲
のスカートに接続されている。
支承面15に３つの凹設部18a,18b,18cが形成されてい
る。それらは軸方向に間隔をおいた２つの列、即ち上方
の列と下方の列内に配置されている。上方の列はただ１
つの凹設部18aを有し、この凹設部はピストン軸線と、
ガジヨンピン孔の軸線に対する直角な軸線とを含む１平
面と支承面15との交差個所に配置されている（第1B図参
照）。下方の列は２つの凹設部18b,18c（第１図及び第1
D図参照）を有しており、これらは前記平面の対向する
側に等間隔に位置しており、各凹設部の中心はこの平面
からピストンの周りに角22.5゜オフセットしている（第
1D図参照）。上方の１つの凹設部18aと下方の２つの凹
設部18b,18cとの軸方向のオーバラツプは本質的に存在
しない。上方の凹設部18aは下方の２つの凹設部18b,18c
のいずれかより大きな区域を有しており、後者は同じ区
域を有している。各凹設部18a,18b,18cは完全に支承面1
5によつて取囲まれている。
第1E図及び第1F図から判るように、スカート13は一般
に軸方向で膨出している。
各凹設部18は一般に２つの相互間隔をおいて周方向で
延びる縁19を備えた方形である。第1E図及び第1F図から
判るように、凹設部18と周りの支承面15との間の各縁19
のところにほぼ半径方向に延びる面から成る段部20が形
成されている。この段部の深さは有利には125ミクロン
より小さく、かつ有利には12ミクロンより大きい。
各段部20はピストン軸線に垂直な平面内に位置してい
てもよく又は（第1E図及び第1F図に見られるように）こ
の平面に対して傾斜していてもよい。
各凹設部18の中央には、斜面21（第2B図及び第2E図参
照）を介して凹設部の、軸方向に延びる側方の縁22に接
続された底部30が存在する。この底部30の角範囲は有利
には５゜であり、各斜面21の角範囲は10゜である。各斜
面21の傾度は1.5゜より小さい。
使用中、内燃機関又はコンプレツサのシリンダ又はラ
イナ内での第１図のピストンの往復運動時に、シリンダ
又はライナ上に形成されたオイルフイルムから支承面15
を介して凹設部内へオイルが流れ、この場所でオイルが
凹設部18の縁19の掻取り作用によつて保持される。支承
面上にオイルフイルムが存在するために、凹設部18はそ
の縁まで充てんされず、縁の上方にオイルが存在するで
あろう。
上死点及び下死点のような、協働するシリンダ又はラ
イナに対する側方向のピストンスラツプによつてノイズ
発生の傾向を有する位置では、凹設部18がオイルのクツ
シヨンを形成し、これがこのような側方向の運動に抵抗
し、従つて発生するノイズの量が軽減される。
凹設部が角度的に千鳥状に配置されていることによつ
て、凹設部に常時十分なオイルの供給が保証される。ピ
ストンの各側に一般に三角形の形態で設けられた３つの
凹設部の使用は、互いに隔てられた３つのオイルクツシ
ヨンを形成し、これはピストンの側方向の運動中にクツ
シヨンの効果によるピストンの揺動を阻止する。
ピストンが往復運動すると、ピストンはガジヨンピン
回りに旋回し、従つてピストンはシリンダ又はライナに
対して相対的に空間的な固定された向きを有しない。こ
の結果、向きの変化が凹設部からオイルを放出せしめる
ため、ピストンの相次ぐストローク中に凹設部上のオイ
ル圧が形成されない。さらに、凹設部18の側方の縁22へ
通じた斜面21はオイルのコントロールされた逃げを許
し、そのため、凹設部内のオイルの圧力は過度に上昇し
ない。このことは支承面15上へのオイルの付加的な供給
を生じるという利点を有し、その結果、これらの面が常
時適当に潤滑されることが保証される傾向が生じる。
さらに、凹設部はピストンのスラスト面の一部だけし
かカバーしないために、ピストンとシリンダライナとの
間にビスカス剪断力の著しい増大を生ぜしめない。この
ことはさらに、往復運動の各方向でピストンの片側だけ
がシリンダ又はライナと潤滑されて滑り接触するという
事実によつて助けられる。このようにして、出力の著し
い減少又は燃費の増大なしにピストンスラツプの削減が
達せられる。
第１図に関連して以上説明した形式のピストンは22.0
リツトルガソリン機関でテストされた。テストは1600r.
p.mの機関回転、冷間始動後１分で三分の一負荷で実施
された。ピストンスラツプに基づく矩時間（3ms）ノイ
ズのレベル（L1）（換言すれば、ピストンスラツプパル
スの開始にあたり3msインターバルにわたつて、濾過さ
れ放射されたノイズの平均レベル）が測定された。さら
に、L1の測定に使用した周波数帯域内での他のソースか
らのノイズ（ピストンスラツプを除く）のレベル（L2）
が測定された。L1とL2との差はピストンスラツプノイズ
の貫入の測定を生ぜしめる。
41mmの間隔で取付けられかつ前述の如くテストされた
第１図のピストンでは、L1＝68dB,L2＝76dBである。
機関内にオリジナルな装置として取付けられたピスト
ン（これは図面に関連して上述した特徴を有しなかつ
た）はL1＝68dB及びL2＝86dBとして測定された。従つ
て、ピストンスラツプの「貫入」（L2−L1）は、オリジ
ナル装置ピストンに比較して第１図のピストンでは10dB
（86−76dB）小さい。
第２図及び第2A図〜第2F図に関連して第２のピストン
はピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを含む平面の
いずれかの側に支承面を備えており、この支承面は２つ
の不連続的な支承区域23a,23bによつて形成されてい
る。この不連続的な区域23a,23bはピストンの周りに周
方向で延びるほぼ縦長の方形に形成されておりかつピス
トン軸線と、ガジヨンピン孔の軸線に対して直角な軸線
とを含む平面とスカート面との交差個所に関して対称的
に配置されている。２つの不連続的な区域23a,23bは軸
方向で互いに隔てられている。
各区域23a,23bの各周方向の縁25まで斜面24が延びて
おり（第２図、第2E図及び第2F図参照）、かつ、各区域
の各軸方向で延びる側方の縁27まで斜面26が延びている
（第２図及び第2A図〜第2D図参照）。各支承面23a,23b
と、この区域から遠い方の協働する斜面の縁との間の半
径方向の距離は有利には125ミクロンよりも小さい。こ
の距離は有利には12ミクロンよりも大きい。斜面の傾度
は1.50より小さい。これは英国特許第2104188号明細書
に開示されている通りである。
区域23a,23bは第１図及び第1A図〜第1F図の凹設部18
a,18b,18cと同じ形状及び同じ寸法及び配置の凹設部28
a,28b,28cを備えており、それゆえこれらについては詳
しく説明しない。これらの凹設部28a,28b,28cを設けた
ことによつて、上方の区域23aが、ピストン軸線と、ガ
ジヨンピン孔の軸線に対する直角な軸線とを含む平面の
いずれかの側の配置された２つの周方向に隔てられた面
に分割されている（第2B図参照）。下方の区域23bは、
この平面に関して対称的に配置された１つの中央部分に
効果的に制限されている（第2D図参照）。
使用上、不連続的な区域23a,23bの周方向の縁に到る
斜面24は集斂する通路を形成しており、これは、これら
区域23a,23bの使用により結果するスカート区域の減少
によつて生じる増圧下のハイドロダイナミツクな潤滑を
確実にすべくこれら区域上にオイルを向ける。さらに斜
面24は潤滑剤を凹設部28aに向け、この場所で潤滑剤は
これら凹設部の周方向の縁29のところの段部20によつて
保持される。区域23a,23bに関連したこれら斜面24の機
能は英国特許第2104188号明細書に詳細に記載されてい
る。
第１図の実施例に関して詳しく上述した如く、凹設部
28a,28b,28c内のオイルの存在はピストンの側方向の運
動に対してクツシヨン効果を果し、このクツシヨン効果
はピストンによつて生じたノイズレベルを削減し、他面
において支承区域上の適当なハイドロダイナミツクな潤
滑を生ぜしめる。
多数の実施態様が可能である。支承面は、１つの列又
は各列内の１つ、２つ、３つ、４つ又はそれより多い支
承区域及び／又は凹設部を備えた、支承区域のただ１つ
又は２つより多い帯域によつて形成されることができ
る。凹設部は必ずしも側方斜面を備えて形成される必要
がない。側方の縁のところに、比較的鋭い段部が凹設部
内へ下向きに通じていてもよい。凹設部が互いに連絡さ
れていてもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パーカー，デイヴイツド アレク イギリス国イングランド ウオ−ウイツク シヤ− シ−ヴイ 23 ８エイチビー ラ グビー ブロードウエル オーチヤード バンガロー（番地なし) (56)参考文献 特開 昭58−38357（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203852（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203852（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−68157（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−131648（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭56−46043（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭57−39566（ＪＰ，Ｙ２) 英国特許365490（ＧＢ，Ａ)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関又はコンプレッサのためのピスト
    ンであって、クラウン（10）とガジヨンピン孔（14）と
    を備えており、ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線と
    を含む平面に関してほぼ対称的に、ピストン往復運動中
    に、協働するシリンダ又はライナへ側力を伝達するため
    の支承面がピストンの周面上に設けられている形式のも
    のにおいて、側力を伝達する支承面が少なくとも１つの
    オイル保持凹設部（18;28）を備えており、このオイル
    保持凹設部が軸方向で間隔をおいて周方向で延びる縁
    （19;29）を備えており、少なくとも１つの凹設部と、
    隣合う支承面（15;23）との間の各縁のところにほぼ半
    径方向に延びる段部（20）が形成されており、かつ、周
    方向で延びる緩やかな斜面（21）を介して、周方向で隣
    合う支承面に接続された中央の底部が設けられており、
    この底部及び斜面が凹設部の縁（22）の間に延びてお
    り、これによって凹設部が、往復運動中のピストンの側
    方向運動をダンピングするための潤滑オイルを保持する
    ことを特徴とするピストン。
  2. 【請求項２】凹設部の最大の深さが、隣合う支承面下12
    5ミクロンより小さいことを特徴とする請求の範囲第１
    項記載のピストン。
  3. 【請求項３】少なくとも２つの凹設部（18a,18b,18c;28
    a,28b,28c）が前記支承面（15;23）に設けられているこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載のピス
    トン。
  4. 【請求項４】凹設部（18a,18b,18c;28a,28b,28c）が、
    軸方向で間隔をおいた少なくとも２つの列を成して前記
    支承面（15;23）に配置されていることを特徴とする請
    求の範囲第３項記載のピストン。
  5. 【請求項５】凹設部の列が２列あり、各列が少なくとも
    １つの凹設部を有していることを特徴とする請求の範囲
    第３項記載のピストン。
  6. 【請求項６】１つの列内の少なくとも１つの凹設部（18
    a,28a）が、次の隣合う列（18b,18c;28b,28c）の少なく
    とも１つの凹設部に対して周方向で千鳥状に配置されて
    おり、その結果、前記１つの列の少なくとも１つの凹設
    部と、次の隣合う列の少なくとも１つの凹設部との間に
    軸方向にオーバラップがないことを特徴とする請求の範
    囲第５項記載のピストン。
  7. 【請求項７】ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを
    含む平面に関してほぼ対称的な支承面（15）が、連続し
    た１つの面によって形成されており、この各面に少なく
    とも１つの凹設部（18a,18b,18c）が設けられているこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項から第６項までのいず
    れか１項記載のピストン。
  8. 【請求項８】ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを
    含む平面に関してほぼ対称的な支承面（23）が、不連続
    的な複数の支承区域（23a,23b）によって形成されてお
    り、各前記不連続的な区域内に少なくとも１つの凹設部
    が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項か
    ら第６項までのいずれか１項記載のピストン。
  9. 【請求項９】支承面（15;23）がピストンのスカート（1
    3）上に形成されており、かつ前記スカートから半径方
    向外側へ突出していることを特徴とする請求の範囲第１
    項から第８項までのいずれか１項記載のピストン。
  10. 【請求項１０】支承面（23a,23b）が、支承面と前記ス
    カートとの間でほぼ周方向に延びる縁（25）を含んでお
    り、前記縁とスカートとの間に斜面（24）が設けられて
    いることを特徴とする請求の範囲第９項記載のピスト
    ン。
  11. 【請求項１１】支承面（15;23）が支承面と前記スカー
    トとの間でほぼ軸方向に延びる縁（27）を含んでおり、
    かつ、前記各縁とスカートとの間に斜面（17;26）が設
    けられている請求の範囲第10項記載のピストン。
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