JPH0519559Y2

JPH0519559Y2 -

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Publication number: JPH0519559Y2
Application number: JP1986187877U
Authority: JP
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1993-05-24
Anticipated expiration: 2001-12-08
Also published as: JPS6392051U

Description

【考案の詳細な説明】

産業上の利用分野本考案は、アルミナ繊維、炭素繊維等の強化繊
維により複合強化された熱膨張率の大きな軽合金
製シリンダー壁を有する内燃機関に用いられる軽
合金製ピストンに関するものである。従来技術内燃機関用ピストン０１（第１図参照）の頭頂
部０２は燃焼室の一部を形成し、シリンダーと同
様に高温に晒されるが、冷却水や外気で直接冷却
されることはなく、シリンダーに比べてその膨張
割合が遥かに大きい。そのため、温度の相違によ
る膨張を考慮してピストン頭頂部０２の外径はピ
ストン・スカート部０３の外径よりも僅かに小さ
くなされている。ピストンの上部周囲には、リング溝０４が形成
されており、該リング溝０４に気密を維持すると
ともに燃焼室への潤滑オイルの進入（オイル上が
り）を防ぐための三、四本のピストン・リングが
嵌装される。各リング溝を画成する鍔をランド
（land）と称し、ピストン０１は、上から順に第
一ランド０５、第二ランド０６、第三ランド０７
を有している。リング溝０４に嵌装されるピストン・リング０
９（第２図参照）は、鋳鉄または鋼で形成され、
適度の弾性を得るための合い口隙間０１０が与え
られている。この合い口隙間０１０は、大き過ぎ
るとクランク室側へのガス漏れが生じ、小さ過ぎ
ると熱膨張した時に合い口端部が当接してシリン
ダ壁に対する接触圧が過大になる不具合が生じ
る。ところで、汎用されているアルミニウム合金製
ピストンは、軽量で高速回転に適し、熱伝導性良
好であるが、熱膨張率が大きいという欠点を有し
ており、そのため形状、構造に種々の工夫が施さ
れている。すなわち、たとえばピストン・ピンが嵌装する
ピストン・ボス部０８は、他の箇所に比して厚肉
であつて、機関稼動中に高熱を受けると、他の箇
所に比べて大きく膨張するため、ピストン・ピン
軸心線方向の外径が、これと直角方向の外径より
も小さくなされる（楕円形状）。また、アルミニ
ウム合金製ピストンでは、常温におけるピスト
ン・クリアランス（シリンダー内径とピストンの
最大外径との差）を大きく確保している。解決しようとする課題しかるに、ピストン・ピン軸心線方向の外径
が、これと直角方向の外径よりも小さい断面楕円
形状になされたピストンでは、頭頂部に比して温
度上昇が少ないスカート部小径方向において、シ
リンダー壁との間の間隔（クリアランス）が大き
いため、機関始動時、あるいは急減にアクセルを
離した時にオイル上がりが生じ易く、オイル消費
量が増大する。また、シリンダー壁部を強化繊維で複合強化し
てなるアルミニウム合金製シリンダー・ブロツク
を採用した場合、該シリンダー壁部の熱膨張、収
縮量が大きく、シリンダー内径が小さくなつてい
る低温時（機関始動時）にピストン・リングが熱
を受けると、熱伝導性良好で温度上昇速度が遅い
シリンダー壁部に比べて温度上昇の速いピスト
ン・リングが膨張し、その膨張がシリンダ壁で抑
えられる結果、ピストン・リングの両合い口端部
が当接する可能性がある。この当接を防ぐため
に、特にアルミニウム合金製シリンダー・ブロツ
クを採用した場合には、隙間を十分大きくするの
が普通であり、それ故、シリンダー内径が十分膨
張して大きくなつた通常の機関稼動状態では大き
な合い口隙間を通じてオイルが上昇し易い。課題を解決するための手段および作用効果本考案は、このような難点を克服した内燃機関
用軽合金製ピストンの改良に係り、アルミナ繊
維、炭素繊維等の強化繊維により複合強化された
軽合金製シリンダー壁を有する内燃機関に用いら
れる軽合金製ピストンにおいて、該軽合金製ピス
トンのピストン・ピンより上方の頂部に上下方向
に亘り複数のリング溝とその下方でかつピストン
スカート部上部にオイル溜め溝とを形成し、該オ
イル溜め溝のピストン頂部寄り溝側面をピストン
中心線に対し直角に形成するとともに、該オイル
溜め溝のピストンスカート部寄り溝側面を該オイ
ル溜め溝の底面からピストンスカート端部に進む
につれてシリンダー壁に接近する方向へ傾斜さ
せ、該リング溝にそれぞれピストンリングを嵌装
し、前記複数のリング溝の最下位のリング溝の直
下に、該最下位リング溝より上部のランド径より
も大きな径のオイル上がり防止鍔を前記オイル溜
め溝上方に設けたことを特徴とするものである。本考案においては、軽合金製ピストンのピスト
ン・ピンより上方の頂部に上下方向に亘り複数の
リング溝とその下方でかつピストンスカート部上
部にオイル溜め溝とを形成し、該リング溝にそれ
ぞれピストンリングを嵌装し、前記複数のリング
溝の最下位のリング溝の直下に、該最下位リング
溝より上部のランド径よりも大きな径のオイル上
がり防止鍔を前記オイル溜め溝上方に設けたた
め、ピストンがシリンダヘツドよりクランク室側
へ移動する下降状態で、前記オイル上がり防止鍔
と該防止鍔の直上の最下位ピストンリングとによ
つてシリンダー壁に付着したオイルを下方へ掻き
落して前記オイル溜め溝に溜めることができる。また本考案では、オイル溜め溝のピストン頂部
寄り溝側面をピストン中心線に対し直角に形成す
るとともに、該オイル溜め溝のピストンスカート
部寄り溝側面を該オイル溜め溝の底面からピスト
ンスカート端部に進むにつれてシリンダー壁に接
近する方向へ傾斜させたため、ピストン下降時
に、オイル上がり防止鍔および該防止鍔の直上の
最下位ピストンリングによりシリンダー壁から下
方へ掻き落してオイル溜めに一坦溜められたオイ
ルが、オイル上がり防止鍔でもつて掻き落される
前のシリンダー壁に付着しているオイルに引きず
られて再びオイル溜めから上方へ排出されること
のないように、該オイル溜めのピストン中心線を
直角なピストン頂部寄り溝側面によつて該オイル
溜め内にオイルをできるだけ保持させることがで
きて、オイル上がりを充分に抑制でき、その結
果、オイルの消費量を著しく節減することができ
る。さらに本考案においては、上下方向に長いピス
トン・スカート部に何等の加工を施す必要がない
ので、加工が容易で、生産性が高く、コストが安
い。実施例以下、第３図ないし第５図に示した本考案の一
実施例について説明する。第３図は、シリンダ・ブロツク１およびピスト
ン３をいずれもアルミニウム合金で形成した内燃
機関の要部を断面図として示しており、シリン
ダ・ブロツク１のシリンダー壁部２は、そのアル
ミニウム合金基地を強化繊維（例 Al₁O₂繊維）
によつて複合強化されている。ピストン３は、そ
の頭頂部４からスカート部５側に向つて順に第１
ランド６、第二ランド８、第三ランド１０を有
し、第一ランド６、第二ランド８間の第二ランド
溝７に第二ピストン・リング１３が、第二ランド
８、第三ランド１０間の第二ランド溝９に第二ピ
ストン・リング１４が、第三ランド１０の下位に
ある第三リング溝１１に第三ピストン・リング１
５が、それぞれ嵌装されている。また、ピストン
３は、第三リング溝１１の下位に存してオイル上
がり防止用の真円形状の鍔１２を有している。こ
の鍔１２の直径は、第二ランド８のそれと等し
く、第１ランド６、第三ランド１０のそれよりも
大きくなされている。そして、その短径がピスト
ン・ピン軸心線L₀方向に指向する楕円外周面形
状になされたスカート部５と、真円形状の鍔１２
とを対比すれば、第５図の様になる。なお、鍔１
２とシリンダー壁２の間隔（クリアランス）δ
は、50〜400μｍにするのが好ましい。またオイル上がり防止用の鍔１２の下方にオイ
ル溜め溝１６が形成されている。本実施例構造は、前記の様になされており、ス
カート部５の短径部とシリンダー壁２との間隔
（クリアランス）が大きくなされ、また繊維強化
アルミニウム合金で形成されたシリンダー壁２に
対応して各ピストン・リングの合い口隙間が大き
くなされているために、オイル上がりが生じ易い
ところ、前記大きな間隔を補償する鍔１２とその
下方のオイル溜め溝１６の作用でオイルの上昇が
抑えられるが故に、燃焼室内の正味平均有効圧力
が負になる急減速時におけるオイル消費量が低減
化される。また、鍔１２の存在によつて、スカート部５の
長径、短径比をより大きくなすことが可能とな
り、オイル上がりを抑えながら、特に高速運転時
におけるスカート部５周囲でのオイル抜け（ピス
トン３とシリンダー壁２の間からクランク室側へ
オイルが逃がされる現象）を容易にすることがで
き、オイル消費量の低減化を企図し得る。なお、前記実施例では、鍔１２を真円形状にな
したが、その長径がピストン・ピン軸心線方向に
指向する楕円形状の鍔を採用することも可能であ
る。試験例第３図、第４図に示す構造の内燃機関（本
考案例）と、真円形状の鍔１２を備えない点を
除き、他の構成は第３図、第４図図示のものと
同じ内燃機関（比較例）とを用意した。シリンダ・ブロツク１は、JIS ADC12材製
の鋳造品であつて、シリンダー壁部２がアルミ
ナ繊維と炭素繊維で複合強化されている。アル
ミナ繊維の繊維堆積率（V₁₀）は12％、炭素繊
維の繊維堆積率（V₁₀）は９％であり、アルミ
ナ繊維のAl₁O₂のα化率は33％、アルミナ繊維
に含まれるシリカ（Ｓ O₁）の重量は25重量
％以下である。また、ピストン３は、JIS A351材製の鋳造品
であり、第二ランド８の直径＝80.3mm〓，鍔１２の直径＝80.3mm〓，鍔１２の突出量＝0.5mm，鍔１２の肉厚＝0.8mm，第二ランド８、鍔１２とシリンダー壁２との間
隔（クリアランスδ）＝400μｍになされている（ただし、内燃機関については
鍔１２が存在しない）。内燃機関，につき、第６図に示す三通り
の運転条件Ａ，Ｂ，Ｃでオイル消費量を調べ
た。その結果を次表に示す。

【表】〈試験結果の評価〉いずれの運転条件においても、オイル１の消
費量でもつて走行しうる走行距離が大巾に増大
し、かつ１時間当たりのオイル消費量が著しく節
減される。特に低速での加減速運転状態になる程、オイル
消費の改善がより一層顕著となることが判明し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関用ピストンの縦断側面
図、第２図はそのピストンに嵌装されるピスト
ン・リングの平面図、第３図は本考案に係る内燃
機関用軽合金製ピストンの一実施例を図示した縦
断側面図、第４図はその要部拡大図、第５図は前
記実施例においてスカート部と鍔との横断外形を
図示した平面図、第６図は本実施例と比較例との
モード運転条件を図示した説明図である。１……シリンダ・ブロツク、２……シリンダー
壁、３……ピストン、４……頭頂部、５……スカ
ート部、６……第一ランド、７……第一リング
溝、８……第二ランド、９……第二リング溝、１
０……第三ランド、１１……第三リング溝、１２
……鍔、１３……第一ピストン・リング、１４…
…第二ピストン・リング、１５……第三ピスト
ン・リング、１６……オイル溜め溝。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) アルミナ繊維、炭素繊維等の強化繊維により
複合強化された軽合金製シリンダー壁を有する
内燃機関に用いられる軽合金製ピストンにおい
て、該軽合金製ピストンのピストン・ピンより
上方の頂部に上下方向に亘り複数のリング溝と
その下方でかつピストンスカート部上部にオイ
ル溜め溝とを形成し、該オイル溜め溝のピスト
ン頂部寄り溝側面をピストン中心線に対し直角
に形成するとともに、該オイル溜め溝のピスト
ン・スカート部寄り溝側面を該オイル溜め溝の
底面からピストンスカート端部に進むにつれて
シリンダー壁に接近する方向へ傾斜させ、該リ
ング溝にそれぞれピストンリングを嵌装し、前
記複数のリング溝の最下位のリング溝の直下
に、該最下位リング溝より上部のランド径より
も大きな径のオイル上がり防止鍔を前記オイル
溜め溝上方に設けたことを特徴とする内燃機関
用軽合金製ピストン。 (2) 前記オイル上がり防止鍔を、直円形状にした
ことを特徴とする前記実用新案登録請求の範囲
第１項記載の内燃機関用軽合金製ピストン。 (3) 前記オイル上がり防止鍔をその長径がピスト
ン・ピン軸心線方向に指向する楕円形状にした
ことを特徴とする前記実用新案登録請求の範囲
第１項記載の内燃機関用軽合金製ピストン。