JPS6321352A - ピストン - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピストンに関するものであり、詳しくいえば
、内燃機関用のピストンに関するものである。

〔従来の技術〕

広い意味でいえば、ピストンを二つの領域に分類できる
。クラウンとピストンリング・ベルトカーつの領域を形
成し、ピストンピン・ボスを含むスカートが第２の領域
を形成する。

最終の形に機械加工されると、クラウンとピストンリン
グ・ベルトの領域は、通常、円形の横断面輪郭に加工さ
れる。しかし、例外もある、すなわち、ある種の特定の
設計の機関は、この通則から外れている。しかし、スカ
ート領域は、一般に横断面輪郭が円でもないし、軸方向
輪郭が直線形でもない。

スカートは、カム旋削機にかけて卵形の横断面輪郭に加
工されることが多め。そのような卵形の横断面輪郭の一
つの例は、短径がピストンピンの軸に平行であり、かつ
長径がピストンピンの軸に直角な方向にある楕円である
。ピストンの卵形度合は、長径の寸法と短径の寸法の差
として定義できる。しかし卵形度合の結果として生ずる
数字は、単に真円の横断面輪郭からの最大の偏差を与え
るだけであり、長径と短径との間の曲線の形を示さない
。理論的にはどんな与えられた卵形度合の数字も、無数
の異なる曲線に適用しようと思えばできる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ピストンスカートを横断面輪郭で円形以外の形に加工す
る理由には、ピストンが動作する環境に関連して熱的考
慮に基づいたものと動的考慮に基づいたものとがある。

実際上の理由で、ピストンは周囲温度で加工することに
よってのみ経済的に作ることができるので、それが加工
される形は、ピストンの正常な運転湿度まで加熱する間
及び正常運転温度での動的動作の間に起る熱的歪みを相
殺することを意図している。このような歪みは、決して
一様でなく、ピストン自体の中に生ずる温度の変動によ
って大きく影響される。温度はクラウンに近づくほど高
く、かつスカートの下側部分にゆくほど低い。さらに、
スカート領域における断面厚さの変化も捷た歪みの様子
及び度合に影響を与えるし、スカートそれ自体の薄い部
分からビンボス及びリングベルトの回りの厚くて堅い領
域にかけて変化する。

する必要のある動的考慮は、機関の動作中の応力／歪み
効果に基づいている。ピストンに作用する力は、一般に
燃料が燃焼する間の機関の爆発行程の間最大値になって
いる。燃焼による力は、主にピストンのスラスト面とい
うピストンの一方の側にかかる。機関サイクルの残りで
発生される力はずっと低くて、スラスト面とカウンタス
ラスト面というピストンの他方の側との両方によって受
けられる。しかし、これらの力は、必ずしもピストンの
スラスト面とカウンタスラスト面との間に一様に広がっ
ていない。

ピストンの加工目標の曲率は、一般にピストンのスラス
ト面とカウンタスラスト面とに約４０°と８♂の間の角
度を張る弧の中にあるピストンの関連のシリンダ壁とピ
ストンとの間に「ベンディング」領域（または接触領域
ともいう）を作るように考えられている。

従来、ピストンスカートは、ピストン軸と短軸の両方を
含む平面に関して対称に加工された。ピストンスカート
の曲率は、一般に、°ピストンのスラスト面にかかる燃
焼によって発生した力に適応する所望のベツディング領
域を作るように計算された。現在ではピストン軸と短軸
との両方を含む平面に関して非対称に加工することによ
って、例えば、ピストンとその関連のシリンダ壁との間
の騒音低減、安定度及びかじりについて著しい改良が得
られることがわかった。

従って、本発明の目的は、ピストンの安定度、騒音、か
じりおよび摩損に関する特性を改良したピストンを提供
することである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明によれば、クラウンとピストンリング・ベルトの
領域及びスカート領域を有し、スカート領域の少なくと
も一部分にわたって横断面輪郭もしくは軸方向輪郭のど
ちらか、才たけ横断面輪郭と軸方向輪郭の両方について
の曲率がピストン軸と短軸との両方を含む平面に関して
非対称であることを特徴とするピストンが提供される。

ピストン軸と短軸の両方を含む平面はまたピストンピン
軸を含むことができる。

ピストンスカートが加工される非対称の度合は、またピ
ストンスカートの軸方向長さに沿って変っていてもよい
。さらに、ピストンスカートの横断面輪郭が非対称であ
るのに加えて、ピストンスカート部分の少なくとも一部
分の軸方向長さもまた凸状曲率に形成されてもよい。そ
のような軸方向の曲率は、ピストン軸と短軸の両方を含
む軸方向平面に対称であっても、非対称であってもよい
、すなわち軸方向平面のどちらかの側で曲率が任意の与
えられた横断面平面において異っていてもよい。

本発明によるピストンは、卵形体形横断面輪郭を有する
ものとして見るのが都合がよい。卵形体形ピストンとい
う概念はもちろん非常に誇張されているが、それでも一
方の作動面が比較的高い凸状度（才たけ小さい曲率半径
）を有し、他方の作動面に比較的低い凸状度（または大
きい曲率半径）を有するピストン横断面輪郭という一般
的な考え方が適用できる。

本発明によるピストンは、ピストンのスラスト側が高い
凸状度を有し、カウンタスラスト側が低い凸状度の輪郭
を有するか捷たはその逆が、例えば、騒音またはかじり
に関して良い性能を得るように構成できる。さらに、ピ
ストンが卵形体形のスラスト及びカウンタスラスト側に
対する相対的向きが単一のピストンの中で変化するスカ
ートをもつことができると考えることもできる。例えば
、スカートの下端において横断面輪郭はクラスト側で低
い凸状度をもつが、リングベルトに近いスカートの頂部
においては高い凸状度の輪郭が、曲率がスカートの長さ
に沿って徐々に切替わっているスラスト例にあってもよ
い。

例えば、ピストンリングベルト領域に近いピストンスカ
ートに対する軸方向輪郭については、例えば、凸状度は
一般にスラスト側においてカウンタスラスト側より小さ
い。これの物理的証明は、ピストン軸とピストンピン軸
との両方を含む平面に垂直に、関連の横断面平面内の外
側スカート壁捷で測定された半径方向の寸法が、スラス
ト側における方が非スラスト側におけるより大きいこと
である。しかし、ある種の機関設計においては、これら
のパラメータを逆にして、優れた性能を得ることができ
る。

本発明によるピストンは、例えば機械加工するかまたは
鋳込みスカートリリーフを有するピストン鋳物を用いる
ことによるような何らかの方法で逃げをつけられた作動
面間に介在スカート部分を有するようにすることが好ま
しい。一般的にいえば、作動面間の介在スカートの横断
面輪郭はシリンダ穴との接触が車重しくない場所で起ら
なければ重要ではない。

〔実施例〕 次に図面について説明する。第１図ではピストンが総括
的に１０で示されている。このピストンはクラウンとピ
ストンリング・ベルトの領域１１及びピストンピン・ボ
ス傾城１３をも含むスカート傾城１２から成っている。

説明のために、スカート１２は、三つのレベルに分割さ
れている。すなわちレベル１はリングベルト１１のすぐ
下にあり、レベル５はスカートの下端近くにあり、そし
てレベル２はレベル１と５の間にあって、便宜上でほか
に特別な理由なしにピストンピン軸とほぼ同一平面にあ
る。スラスト面は、Ｔによって表わされ、カウンタスラ
スト面はＴによって表わされる。

第２図は、一つの横断面平面を通るスカート輪郭の非常
に誇張した図を示す。輪郭２０は、普通の従来のピスト
ンの代表的なものであり、卵形２０は長軸ＴＴと短軸Ｐ
Ｐとの両方について対称である。輪郭２１は、本発明に
よるピストンの一つの横断面平面を通るスカート輪郭を
示す。見てわかるように、スラスト面Ｔの曲率は、高い
凸状度のものであり、カウンタスラスト面Ｔの曲率は低
い凸状度のものである。

第う図は軸方向スカート輪郭を非常に誇張して示したも
のである。線３０によって示された輪郭は「樽形」輪郭
というものを有する普通の対称ピストンを表している。

樽形の度合はピストンごとに異なり、機関の用途に対す
るピストンの特定の設計によって変る。

本発明によるピストンは、破１１３１によって示された
軸方向輪郭をもっていてもよいし、またはレベルｌとレ
ベル２０間の破線３２によって示された輪郭をもってい
てもよい。これの効果は、第２図の横断面輪郭２１′ｆ
ｆ：例えば特定なピストン次第で、スラスト側または非
スラスト側のいずれかにわずかにすらすことである。こ
のような非対称性はまたレベル５０回りの下側スカート
領域にも含まれ、さらにこのような非対称性の図解例が
破線３３及び３１Ｊによって与えられている。非対称性
はまた適当ならばレベル２を含む任意の軸方向レベルに
含まれていてもよい。

機関におけるピストンの動作中、燃焼によって加えられ
る応力は、スラスト面Ｔにおいてずつと高い。従って、
ピストンのスカートが最適ベツディング領域（接触領域
）を与えるようにその関連のシリンダ壁にもたれて変形
するように凸状度がさらに高く々っている。カウンタス
ラスト面Ｔにかかる応力はすっと低いので、面Ｔの凸状
度が面Ｔに適用されれば、スカートと壁の間のベツディ
ング領域（または接触領域）がずっと小さく、機関の種
類によってはピストンの不安定性をもたらす。従ってベ
ツティング領域を太きくし、ピストンの安定性を促進し
、それによって性能を上げて雑音を減らすために低い凸
状度の輪郭が面Ｔに適用される。曲線２１の破線部分は
、機械加工するかまたは例えば鋳込み逃がしパネルを付
けることによるいずれかによって逃がされているかまた
は取除かれているピストンスカートの部分を表す。

ベンディング領域は、曲線２１の実線部分によって大体
表わされ、実際のピストンにおいては長袖ＴＴのどちら
かの側でピストン軸２２から測って２００とｌＩＯとの
間の角度を張る弧の中にほぼある。

第２図に示した種類の曲線は、代表的な対称形卵形ピス
トンの曲率に対して「Ａ」によって表わされ、曲線２１
の比較的高い凸状庇部分に対してｒＢＪで表わされ、曲
線２１の低い凸状庇部分に対してｒｃＪで表わされる。

完全に対称な輪郭２０は、代表的な従来のピストンに適
用できる基準輪郭とみなされる。曲線「Ａ」の実際の形
は、一つの極子面内で型ＢまたはＣの形と組合わされて
本発明によるピストン全形成できる。説明のために、曲
がった形Ａ、Ｂ、及びＣは単に相対的曲率を表わすだけ
であって、絶対的な曲率を表わしていない。従って、従
来のピストンは、例えば、スカートの軸方向長さに沿っ
て、各同一横断面平面内でスラスト面とカウンタスラス
ト面の両方に型Ｂの曲線を含んでいてもよい。

特定のピストンの必要条件に応じて、第２図で分類した
曲率の種々の型を下のテーブルに示すような任意の所望
の組合わせでスカートに含めることができる。

（１′５） Ｔ　　　　　　Ａ　　　　　Ａ　　　　　Ａ　　在来の
ピストンＴ　　　　　　　　　Ａ　　　　　　　Ａ　　
　　　　　ＡＴ　　　　　　　　　Ｂ　　　　　　　Ｂ
　　　　　　　ＢＴ　　　　　　Ａ　　　　　Ａ　　　
　　ＡＴ　　　　　　Ａ　　　　　Ａ　　　　　ＡＴ　
　　　　　ＣＣＣ Ｔ　　　　　　　　　Ｂ　　　　　　　Ａ　　　　　　
　　ＣＴ　　　　　　　　　Ａ　　　　　　　Ａ　　　
　　　　ＡＴ　　　　　　　　　Ｂ　　　　　　　Ａ　
　　　　　　ＣＴ　　　　　　　　　ＣＡ　　　　　　
　ＢＴ　　　　　　　　　Ｃ’Ａ　　　　　　　ＢＴ　
　　　　　　　　Ａ　　　　　　　Ａ　　　　　　　Ａ
Ｔ　　　　　　　　　ＣＡ　　　　　　　　Ｂ等 本発明に開示された原理は、ピストンの作動面における
ベツディング領域を最適化するためにほとんとすべての
ピストンの設計に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は種々の領域を示す略図ピストンの立面図、 第２図は従来技術のピストンの横断面輪郭と本発明によ
るピストンの一つの横断面輪郭を非常に誇張した図式比
較を示し、 第５図は従来のピストンの軸方向輪郭と本発明によるピ
ストンの代りの軸方向輪郭との間の非常に誇張した図式
比較を示す。 ／７′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クラウンとピストンリング・ベルトの領域およびス
   カート領域を有し、スカート領域の少なくとも一部分に
   わたつて横断面輪郭もしくは軸方向輪郭のいずれかまた
   は横断面輪郭と軸方向輪郭の両方の曲率がピストン軸と
   短軸の両方を含む平面について非対称になつていること
   を特徴とするピストン。 ２、ピストンピンの軸もピストン軸と短軸の両方を含む
   平面内にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のピストン。 ３、一つの横断面平面内の曲率が同じ横断面平面内のカ
   ウンタスラスト面の曲率より大きい凸状度になつている
   スラスト面を特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載のピストン。 ４、一つの横断面平面内の曲率が同じ横断面平面内のカ
   ウンタスラスト面の曲率より小さい凸状度になつている
   スラスト面を特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載のピストン。 ５、クラウンとピストンリング・ベルトの領域およびス
   カート領域からなるピストンの安定性、騒音、かじりお
   よび摩損の一つ以上についての性能を最適化する方法で
   あつて、ピストンのスカートのスラスト面とカウンタス
   ラスト面を横断面輪郭もしくは軸方向輪郭または横断面
   輪郭と軸方向輪郭の両方がピストン軸と短軸の両方を含
   む平面に関してスカートの長さの少なくとも一部分にわ
   たつて非対称になるように加工することを特徴とする方
   法。