JPS62501160A - ピストン - Google Patents

ピストン

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関又はコンプレッサのだめのピストンであって、クラウンとがジ ョンビン孔とを備えており、ピストン軸線とがジョンビン孔軸線とを含む1平面 の各側に、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 るための支承面が設けられている形式のものに関する。
機関又はコンプレッ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っ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 ンスランプ」に起因し、これは特に機関又はコンプレッサが負荷されている際及 びぎ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  5ound Vibration 、 (1965) 2 (2)の第132頁 から第146頁までの、Ungar and Ross著” Vibratio ns and No1se due to Piston 5lap onRe ciprocating 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1@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せしめかつノ 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 ェットシリンダライナが使用される場合にはキャビテーショ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 th e Royal Naval Shipbuilding 5ociety発行 の1964年1月の刊行物、Fearson著”WatersideAttac k of Diesel Engine CylinderLiners″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、これによっ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 とによって達成され、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パンによって、シリンダラ イナ振動ひいてはノイズ及びライナキャビテーショ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ッ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 力がまったく放出されない。このことはオイル圧を増大せしめ、これによってオ イルが上方のリングを通り、一般のコンプレッサ及びオイルスクレーパリングを 通っ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 ッションを増大せしめる。
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って、 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、ぎストンスラッ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ッサのピストンであって、クラウンとガ ジヨンビン孔とを備えており、ピストン軸線とガジヨンビン孔の軸線とを含むら 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 支承面との間の各課のところに段部が形成されており、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だ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6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ッサのだめのピストンの第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線に沿った支承面の部分の断面図、 第1B図は第1図のF−F線に沿っ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線に沿った支承面の部分の断面図、 第1D図は第1図のC−C線に沿った支承面の部分の断面図、 第1E図は第1図のS−S線に沿っ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1F図は第1図のT−T線に沿っ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つ又はそれよシ多く 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だめのピストンの 第2の形状の側面図、 第2A図は第2図のa−a線及びに−E線に沿った支承面の部分の断面図、 第2B図は第2図のF−F線に沿っ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線に沿った支承面の部分の断面図、 第2D図は第2図のC−C線に涜った支承面の部分の断面図、 第2E図は第2図のS−S線に沿っ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線に沿っ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 だ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って成形されてもよく、鍛造によって形成されても 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 だめの6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がジョン ぎン孔14の軸線とを含む1千面の各側に設けたスカート13を備えている。
ピストン軸線とがジョンビン孔の軸線とを含む平面の各側でピストンスカート1 3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ミ各スラスト面15はリングパンF11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の区域によって形成 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6つの凹設部18a、i8b、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、がジ ョンビ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1D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ッ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j7ており、後者は同じ区域を有している。各凹設部iaa、18b、1 8Cは完全に支承面15によって取囲1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1 5との間の各R19のところに段部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 300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ッ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ィルムから支承 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1 9の掻取り作用によって保持される。支承面上にオイルフィ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 トンスラップによっ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 のクッションを形成し、これがこのような側方向の運動に抵抗し、従って発生す 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って、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6つのオイルクッションを形成し、これはピストンの側方向の運動 中にクッショ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、ぎストンはガジヨンぎン回りに旋回し、従ってピス 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、凹設部はぎ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。
このことばさらに、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って助けられる。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ッグ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2.0リットルガソリン機関で テストされた。テストは1600 r、p、mの機関回転、冷間始動後1分で部 分の一負荷で実施された。ぎストンスラップに基づく短時間(3ms )ノイズ のレベル(LX ) (換言すれば、ぎストンスラップパルスの開始にあたり3  msイツターバルにわたって、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、Ll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(ピストンスラップを除く)のレベル(L2)が測定された。LlとL2ト の差はピストンスラッジノイズの貫入の測定を生ぜしめる。
41 mtx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備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った)はLl: 68 dB及びL2 = 86 dB として測定された。従って、ぎストンスラップの「貫入J(L2Lよ)は、オリ ジナル装備ピストンに比較して第1図のピストンでは10 dB (86−76 dB )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がジ ョ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23 a、23 bによって形成されている。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、ガジヨンビ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23 a、23 b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23 a、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210418 8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18a、18b 、18cと同じ形状及び同じ寸法及び配置の凹設部28a、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28  a、28 b、28 cを設けたことによって、上方の区域23aが、ピストン 軸線と、ガジヨンビ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 に配置された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23 a、23 b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って生じる増圧下のハイドロダイナミックな潤滑を 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によって保持される。
区域23a、23bに関連したこれら斜面24の機能は英国特許第210418 8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28 a、28 b、28  c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ッション効果を果し 、このクッション効果はピストンによっ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ックな潤滑を生せしめる。
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、6 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っ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 。
補正書の翻訳文提出書(特許法第184条の7第1項)昭和61年 8月15日 特許庁長官 黒 1) 明 !ii 殿1、 国際出願番号 PCT/GB 85100551 2、 発明の名称 ピ ス ト ン 3、特許出願人 名 称 ニーイー ビーエルシー 代表者 ハントン、 デヴイツド ギプソン国 籍イギリス国 昭和61年5月6日 請求の範囲 1、 内燃機関又はコンプレッサのだ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、ピストン軸線とがジョンビン孔の軸線とを含む1千面 の各側に、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)との間の各線のとこ ろに段部(20)が形成されており、かつ、周方向で延びる斜面(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、凹設部の最大の深さ゛が、隣合う支承面下125ミクロンよシ小さいことを 特徴とする請求の範囲第1項記載のピストン。
3、 少なくとも1つの凹設部が、前記支承面(15;23)に設けられた少な くとも2つの凹設部(18a。
18b、18c;28a、zsb、28c)の1つであ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、 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6項記載の ピストン。
5、各列に少なくとも1つの凹設部を備えた2つの列が設けられていることを特 徴とする請求の範囲第3項記載のピストン。
6゜、1つの列内の少なくとも1つの凹設部(I aa;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のオーバラップがまったくないか又は本質的に存 在し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。
2 ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを含む平面の各側に設けた支承面( 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、 ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを含む平面の各側の支承面(23 )が、不連続的な複数の支1 、 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 支承面(15;23)がピストンのスカート(13)上に形成されており、 かつ前記スカートの半径方向外側に隔てられていることを特徴する請求の範囲第 1項から第8項までのいずれか1項記載のピストン0 101.支承面(23a、23b)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(25)を含んでおシ、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、支承面(15:23)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(27)を含んでおり、かつ、前記各線とスカートとの間に斜面(1γ;2 6)が設けられている請求の範囲第10項記載のピストン。
国際調丘報告

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 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、クラウンとガジヨン ピン孔とを備えており、ピストン軸線とガジョンピン孔の軸線とを含む1平面の 各側に、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 ための支承面が設けられている形式のものにおいて、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面で延びる縁(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段部(20 )が形成されており、これにより、凹設部が、往復連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. 2.凹設部の最大の深さが、隣合う支承面下125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. 3.少なくとも1つの凹設部(18;28)が、周方向に延びる斜面(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(30)を含んでおり、 この底部及び斜面が凹設部の縁(22)の間に延び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. 4.少なくとも1つの凹設部が、前記支承面(15;23)に設けられた少なく とも2つの凹設部(18a,18b,18c;28a,28b,28c)の1つ であることを特徴とする請求の範囲第1項から第3項までのいずれか1項記載の ピストン。
  5. 5.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4項記載のピストン。
  6. 6.各列に少なくとも1つの凹設部を備えた2つの列が設けられていることを特 徴とする請求の範囲第4項記載のピストン。
  7. 7.1つの列内の少なくとも1つの凹設部(18a;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のオーバラツプがま つたくないか又は本質的に存在しないことを特徴とする請求の範囲第6項記載の ピストン。
  8. 8.ピストン軸線とガジョンピン孔の軸線とを含む平面の各側に設けた支承面( 15)が、連続した1つの面によつて形成されており、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7項までのいずれか1項記載のピストン。
  9. 9.ピストン軸線とガジヨンピン孔の軸線とを含む平面の各側の支承面(23) が、不連続的な複数の支承区域(23a,23b)によつて形成されており、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7項までのいずれか1項記載のピストン。
  10. 10.支承面(15;23)がピストンのスカート(13)上に形成されており 、かつ前記スカートの半径方向外側に隔てられていることを特徴とする請求の範 囲第1項から第9項までのいずれか1項記載のピストン。
  11. 11.支承面(23a,23b)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(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10項記載のピストン。
  12. 12.支承面(15;23)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(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;2 6)が設けられていることを特徴とする請求の範囲第11項記載のピストン。
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